不均匀沉降架空管道系统的有限元计算分析

以某化工园区的基础不均匀沉降地段的架空管道系统作为研究对象,该管道系统有10组立柱,4层桁架及27根管道,输送不同温度和压力工况的流动介质.采用自动安平水准仪测量架空管道立柱的沉降值,在此基础上考虑重力、介质温度、流动载荷等因素,系统完整地建立ANSYS有限元模型并进行数值计算,得到了不均匀沉降架空管道系统的位移、应力等参数分布.对2次应力进行了校核验算,以判断不均匀沉降地段的架空管道系统的可靠性,并估算出各个立柱的临界沉降值.旨在探索一套针对不均匀沉降架空管道系统实际应用的安全风险评估方法,为架空管道的安全运行提供坚实的技术支持.     

斜拉式吊架在架空管道安装中的应用

在架空管道安装施工中,由于现场地形和人为因素等原因,使一些管道支架安装不能按照设计图纸施工,必须采取有效措施对等距支架方案进行更改。详细介绍了斜拉式吊架在架空管道安装中的应用。     

针对占压区X80输气管道的力学行为

为解决由于高钢级X80管道因地面占压而带来的安全运行问题,以实际地质参数为基础,基于ABAQUS有限元软件建立了占压工况下埋地管道三维模型。研究了管土切向摩擦因数、堆载位置、占压区尺寸(占压区域长度和占压区域宽度)等几个关键因素对占压区域下埋地管道应力的影响规律。结果表明：管道最大Von Mises应力随管土切向摩擦因数的增大线性增长;堆载距管道轴线的距离直接决定了管道应力分布;在载荷一定或合力一定时,都可以通过改变占压区域面积来降低管道应力,在载荷一定时,改变占压区长度对其应力分布影响更明显,在合力一定时,改变占压区宽度对其影响更明显。     

车辆荷载作用下埋地管道动力响应分析

铺设在农田、荒地的埋地管道容易受地面车辆荷载的影响,管道在其作用下一旦达到强度极限就会产生安全问题。本文建立车-管-土耦合模型,分析车辆荷载作用下埋地管道的动力响应,得到不同时刻埋地管道的应力分布规律。再建立管道减荷有限元模型,分析不同轮压下承压板宽度对管道减荷的效果,得到管道中部等效应力与承压板宽度的对应关系。结果表明：埋地管道任一点处的力学响应与车辆荷载作用点的距离成负相关,承压板宽度与其对埋地管道的减荷效果成正相关,不同宽度的承压板存在承载力极限。该研究结果为车辆荷载作用下埋地管道的减荷提供了参考依据。     

岩石坍塌作用下埋地集输管道应力变化规律

基于弹塑性力学理论,采用有限元分析方法,建立了岩土坍塌作用下埋地集输管道分析模型,研究了岩石坍塌作用下不同因素对埋地集输管道应力影响规律.结果表明:冲击载荷随石块边长的增加呈指数形式上升,正方体边长改变1.4 m时,冲击载荷可改变22.4 MPa.运行压力、温度、管道铺设坡度对管道壁面应力影响较小,而冲击载荷、腐蚀是埋地集输管道安全的主要影响因素.当冲击载荷大于10.5 MPa时,管道进入塑性变形区.岩石坍塌冲击载荷较大时,管道壁面最大等效应力随着管道径厚比的增加而减少.当径厚比改变了3.8,管道壁面最大等效应力可减小44 MPa;当岩石坍塌冲击载荷较小时,管道壁面最大等效应力出现极小值点.     

滑坡带埋地管道力学强度分析

针对西部某滑坡段埋地管道的实际工况环境,开展了滑坡段埋地管道受力的理论分析,由于滑坡带的埋地管
道受力非常复杂,因此,用有限元法建立了滑坡段埋地管道与土壤互作用的有限元力学模型,该模型可以方便和准确
地模拟埋地管道与土壤的相互作用以及管道不同工况和不同边界条件下的应力和变形。根据该模型,详细地分析和
研究了不同斜坡角度和不同滑坡长度下管道内的最大应力、应变的变化,重点分析了西部某段埋地管道的斜坡角度为
20℃时,管道内的最大应力随滑坡段长度的变化关系,为安全滑坡段长度的设计提供了理论依据,该方法可以在类似的
斜坡地段埋地管道中推广应用。     

集中载荷作用下悬索跨越管道的应变响应

为了研究悬索跨越管道受集中载荷作用时的响应情况，通过相似实验和有限元仿真相互验证的方法，搭建了悬索跨越管道相似实验平台，建立了悬索跨越管道有限元仿真模型，进行了无集中载荷、集中载荷作用在管道不同位置处的应变数据实验测试和仿真模拟，分析了每种状态下管道上方的应变分布规律，结果表明：无集中载荷时，整个悬索跨越管道上方的应变呈“W”状分布，两端应变数值最大；集中载荷作用在管道两端时，对整个管道上方的应变分布规律影响不大；集中载荷作用在管道1/4、1/2和3/4位置处时，会导致整个管道的应变发生较大变化。     

滑坡下成品油管道力学响应研究

针对于管道横穿滑坡体存在的潜在危害,基于光滑粒子流体动力学与有限元耦合算法(SPH-FEM)构建土-管-油完全耦合模型,综合考虑材料、几何及接触非线性,分析土-管-油作用机制,并探讨滑坡体位移、埋深及径厚比等主要因素对管道力学行为的影响.研究表明,相比于简化为内压的油管(存在内压的空管),当考虑管内成品油存在时,均存在...     

架空热力管道系统热膨胀位移的试验研究

为了考察支架摩擦力对管系热胀位移的影响,在一条热水输送管线上进行了小型结构试验,实际测量了管系的热胀位移,并用高级架空热力管道结构分析程序(AOPAP)对其进行了计算。试验和计算结果表明,考虑了支架摩擦力,计算结果与实际情况比较符合,否则两者相差较大。说明支架摩擦力的存在对于管系位移有较大的约束作用,按无摩擦的情况对管系进行强度校核是不合理的。研究表明,用变弹簧系数迭代法及其应用程序分析和计算架空热力管道系统的热膨胀位移和应力,能更准确地反映管系的真实情况。     

埋地管道在地震波作用下的动力响应分析

埋地管道是一种特殊的地下结构.地震时由于管道与沙土等介质的相互作用引起管道运动,在管道中产生地震应力.针对地震波作用下埋地管道的运动特点,应用有限元分析方法对埋地管道进行模拟试验,结果表明水平地震沿x方向和y方向共同激励作用下管道的横向位移响应远远小于轴向位移响应.     

用有限元迭代法分析有滚柱支架的架空热力管道系统

当架空热力管道系统中有滚柱支架时,热胀的管道与支架问的横向和轴向位移的摩擦系数不同,导致摩擦接触面处于正交各向异性摩擦接触状态.本文提出了处理这种摩擦接触情况的基本思想和分析方法,用有限元迭代法分析计算了有滚柱支架的架空热力管道系统的位移和应力.计算结果表明,影响管线变形的主要因素是沿管道横向的摩擦力.设置滚柱支架使管线在支架处的横向位移为滚动,可以减小摩擦对位移的影响.     

P波作用下地下输流管道的动力响应分析

采用复变函数法研究了地下输流管道在平面P波作用下的动应力集中问题.建立了地下输流管道的流固耦联波函数,求解了地下输流管道在地震波作用下的波函数动力学方程.研究表明:流体作用对管道内的径向动应力集中分布的影响较大;无量纲的空间频率显示,在低频P波作用下,管内流体所产生的径向动应力集中沿管周呈均匀分布,当空间频率加大时,管道内流体震荡增强,影响了管道的应力分布形态;低频域下管道的环向动应力集中峰值点较多,随着入射波空间频率的增加,应力集中程度呈衰减趋势.     

后冲击下人体胸部动力学响应分析

为研究后碰撞过程中人体胸部的损伤情况,基于人体解剖学构建了人体胸部有限元模型,模型包括胸椎、椎间盘、肋骨、肋骨软骨、胸骨、锁骨、肩胛骨、肌肉和韧带等人体组织.通过后碰撞仿真模拟,研究了胸部组织的应力及应变变化情况.结果表明:在后碰撞过程中,胸椎T1、胸椎T2和胸椎T3的应力和应变较大,可能发生椎体骨折;第一肋骨到第三肋骨的损伤可能较大,容易发生骨折;T1–T2、T2–T3和T3–T4之间的椎间盘应力较大,可能产生椎间盘突出等损伤.     

冲击载荷作用下复合材料层板动态力学性能的实验研究

介绍了Hopkinson杆冲击拉伸实验设备及其实验技术,对CFRP、GFRP层合板进行了冲击拉伸实验研究,得到不同加载率下CFRP、GFRP层板的应力-应变(σ-ε)曲线,以及断裂强度、拉伸模量和断裂应变随加载速率改变的规律,认识复合材料层板在冲击拉伸情况下动态力学行为和变形、破坏机理。     

X80钢弯曲的力学性能测试

针对钢管制管过程中钢材板卷反复弯曲展平对钢材强度的影响，对X80钢制成的试样进行了4点弯曲实验．在各弯曲试样得到不同的预应变后，又对其进行反向加载，记录不同预应变下各试样反向加载的弯矩随表面应变的变化曲线．实验结果表明，存在预应变后，试样的弯矩-应变曲线低于初次加载的弯矩-应变曲线，且试样的预应变越大，弯矩-应变曲线越低，即随预应变的增加，材料的屈服强度降低，且出现了包申格效应．通过进一步理论计算，得出了材料预弯到屈服后再反向加载时，不同预应变下的屈服弯矩值，且实验测试和理论计算的屈服弯矩值能较好地吻合．     

洪水冲击管道模拟实验装置设计与试验修改稿

设计了洪水冲击管道的模拟实验装置,并对管道受力状况进行了试验研究,描绘出了管道在不同裸露程度时管壁沿环向的不同位置与其对应的应力关系曲线,以及不同裸露程度的管道受到不同流速洪水冲击时管道的受力曲线.试验结果表明:水流垂直冲击管壁的地方管壁受力最大,水流方向与管壁相切的地方管壁受力最小;管道受力与水流流速近似成线性关系,全裸露管壁受力近似等于半裸露管壁受力的2倍.     

冲击内压作用下厚壁圆筒弹性动力分析

采用动态线性与非线性有限元分析软件对厚壁圆筒进行弹性动力分析,得到了厚壁圆筒在冲击内压作用下圆筒壁特别是内壁处的应力、位移、速度随时间的变化规律,求解结果和解析解吻合,说明力学模型的建立是可行的,计算结果是可信的,为厚壁圆筒在冲击内压作用下弹性阶段的设计计算提供了依据,并为厚壁圆筒在爆轰载荷的作用下弹塑性分析计算打下了基础。     

滑坡碎屑流作用下埋地管道轴向应变特性

为了保证滑坡碎屑流灾害作用下管道的稳定运作,根据热-弹塑性理论,创建了滑坡碎屑纵向作用条件下埋地管道的应变分析模型,对不同滑坡碎屑流长度、宽度和厚度条件下埋地管道轴向应变分布特征进行研究.结果表明,滑坡碎屑流尺寸对管道轴向拉压应变的影响程度,从大到小依次为滑坡厚度、长度、宽度.通过分析径厚比、管壁减薄和管道埋深等结构参数对轴向拉伸应变的影响规律,发现管道轴向最大拉压应变随着坡度、埋土深度增加而明显减小;管道的壁厚减薄与管道轴向拉压应变呈正相关,管道埋深与之呈负相关;从管道结构参数对管道最大轴向拉压应变影响的影响程度来看,依次为管道埋深、管壁减薄、径厚比.适当增加滑坡碎屑流作用条件下的管道埋深可以减小滑坡碎屑流灾害作用风险.     

温度作用下花岗岩力学性质实验研究

对实时高温作用下(常温～850℃)和高温作用冷却后(常温～1300℃)花岗岩试件单轴受压破坏全过程进行了试验研究,得到了实时高温作用下花岗岩的全应力-应变曲线、高温作用冷却后岩石破坏全过程的力学特征和声发射特征。试验结果表明:实时高温作用下,花岗岩强度等力学性质连续劣化;高温作用冷却后,花岗岩在200℃～600℃的温度区间内出现了一个随温度升高强度不降反增的异常现象,在850℃之后,岩样强度降低,呈现出较明显的塑性特征,花岗岩结构发生脆塑性转变的相变行为;岩样承受900℃以上高温作用后,声发射信号强度降低,持续时间增长,尤其在峰值强度之后,残余塑性变形释放出较密集的声发射信号。随着岩样所受温度的升高,出现突发密集声发射信号的时间点延迟。