沼泽地段输气管道应力校核及安全性分析

输气管道穿越沼泽地低洼地带,在自然下沉或浮力的作用下,易发生变形破坏。因此,需要在设计阶段对沼泽地段的管道进行应力和位移分析。本文根据某区管道的设计资料,建立了相应的应力分析模型,首次采用CAESAR II软件对沼泽地段输气管道进行了数值模拟。结果表明:对于下沉的管道,沉降量在5cm~10cm范围内时,沉降量对管道应力的影响较大(沉降量每增加1cm,应力值增大约30MPa),最高及次高应力均产生在过渡段与沼泽地段的交界处;对于上浮的管道,管道最大应力产生在管道过渡段,而不是沼泽地段。说明对于上浮管道,水浮力的作用可以降低过渡段与沼泽地段交界处的集中应力,且偶然载荷工况下的应力值最高,所以工程中建议:若管道处于上浮状态应重点对偶然上浮载荷工况进行分析。     

SOLUTION AND ANALYSIS OF CIRCULAR TUNNEL FOR THE STRAIN-SOFTENING ROCK MASSES CONSIDERING THE AXIAL IN SITU STRESS AND SEEPAGE FORCE

为了研究轴向应力和渗透力共同作用下软化围岩的应力与位移的变化及分布规律. 基于摩尔-库伦屈服准则及应力-应变软化模型并考虑轴向应力和渗透力的共同作用,将整个塑性区分为有限个同心圆环,以弹塑性交界面处的应力、应变为初始值,并采用微小径向应力增量逐步求出各个圆环上的应力应变及塑性区半径,据此重构了考虑渗透力和轴向力共同作用下软化围岩应力应变特性的逐步求解方法. 利用该方法,推导出软化围岩应力应变的解. 计算结果表明：在考虑轴向应力作用下,塑性区半径和隧道围岩位移都随着渗透力的增加而有所减小;当轴向应力为最小主应力时,渗透力的影响更为显著. 这说明渗透力的存在对于隧道围岩的应力应变分布以及塑性半径和围岩的位移有不可忽略的影响.     

竖向载荷对半刚性连接钢框架抗震性能的影响

利用拟动力试验对T 型钢半刚性连接钢框架在2 种地震峰值加速度下的抗震性能进行研究, 并对比分析了钢框架在柱顶施加竖向载荷和无竖向载荷等2 种工况下的应变、位移和载荷变化, 以及载荷-位移滞回曲线. 结果表明: T 型钢半刚性连接钢框架具有较好的变形能力, 滞回性能良好, 抗震能力较强, 且随着地震作用的增大, 钢框架的动力反应增大; 竖向载荷对钢框架的层间位移反应影响较大, 而对节点区域的应变和层间载荷的影响较小.     

考虑轴向力和渗透力时软化围岩隧道解析

为了研究轴向应力和渗透力共同作用下软化围岩的应力与位移的变化及分布规律. 基于摩尔-库伦屈服准则及应力-应变软化模型并考虑轴向应力和渗透力的共同作用,将整个塑性区分为有限个同心圆环,以弹塑性交界面处的应力、应变为初始值,并采用微小径向应力增量逐步求出各个圆环上的应力应变及塑性区半径,据此重构了考虑渗透力和轴向力共同作用下软化围岩应力应变特性的逐步求解方法. 利用该方法,推导出软化围岩应力应变的解. 计算结果表明:在考虑轴向应力作用下,塑性区半径和隧道围岩位移都随着渗透力的增加而有所减小;当轴向应力为最小主应力时,渗透力的影响更为显著. 这说明渗透力的存在对于隧道围岩的应力应变分布以及塑性半径和围岩的位移有不可忽略的影响.      

建筑输液管道地震反应分析

建筑物内输液管道作为依附在各楼层的非结构构件,对保障建筑物正常使用具有重要意义。基于主体结构各楼层对管道的二次输入影响,分别分析了管道与建筑结构耦合和管道多点激励下的地震反应,通过比较两个模型的计算结果,研究管道地震反应的实用分析方法。通过对主体结构弹塑性时程分析,得到楼层加速度放大系数变化规律,并建立楼面反应谱分析楼层反应谱相对地面反应谱的放大效应以及楼层对管道的地震作用。利用多点激励分析方法分析了主体结构类型及管径对管道应力的影响,结果表明:地震作用下管道的最大应力发生在与楼层连接处,2层、3层为管道薄弱层;侧向刚度较大的框架-剪力墙结构中的管道应力值较框架结构管道应力偏小;管径为150mm的管道应力约为管径为25mm管道的6倍。     

垂直提升管道输送过程流固耦合分析

以垂直提升管道的下管道支撑点为研究对象,用有限元方法对固液两相流输送过程中的流固耦合作用进行应力与位移计算。建立了管道和流体有限元模型,利用ADINA-FSI流固耦合模块进行求解;针对不同启动时间、不同约束条件、不同输送浓度、不同输送速度工况下管道铰接点的应力和位移进行分析。结果表明:随着两相流输送浓度和速度的增加,管道应力和位移也相应地增加;启动时间越短,管道应力和位移也越大;柔性连接时管道铰接点应力和位移远大于固接时的应力和位移。     

埋地冲洗管线强度计算及影响因素规律分析

研究了冲洗管线在自重、内压、温差和土壤力综合作用下的强度分析方法,给出埋地冲洗管线应力计算公式。采用有限单元法对某冲洗管线重点部位进行力学特性分析,得到其真实应力分布状态,对比了理论计算结果与数值结果误差,证实轴向应力理论计算结果偏保守。对不同壁厚、不同环境温度和不同压力下的管线力学特性进行讨论,结果表明,管道的环向应力起主导作用,且埋深0m~0.75m内管线的环向应力变化明显,因此,当考虑温差及波动内压作用时,该段管线力学特性应引起足够重视;受环境温度影响,管线最大等效应力与总位移规律近似相反,即等效应力最小,总位移近似最大;考虑到等效应力随压力变化规律,不同季节宜采用不同的冲洗压力以满足安全运行要求。     

管道超声纵向导波裂纹检测数值模拟

简述了近年来超声导波技术的发展现状及其检测原理，并用有限元程序ANSYS对管道超声纵向导波裂纹检测进行了数值模拟。管道模型中，删除单元模拟管道周向裂纹，通过对管道一端端部周向各节点施加轴向瞬时位移载荷模拟纵向入射应力波，同端接收反射应力波，根据裂纹纵波回波信号到达时间和反射系数能较为精确地判断裂纹位置、周向开口裂纹长度、管壁减薄程度及裂纹截面积，但反射系数对管道轴向裂纹宽度不十分敏感。数值模拟结果与前人实验结果及理论计算结果吻合较好。     

基于弹性-塑性内聚力模型的纤维拔出界面宏观行为分析

用解析法分析了单纤维从聚合物基体中的拔出过程,采用弹性—塑性内聚力模型模拟裂纹的扩展和界面失效,确定了临界纤维埋入长度,该值区分两种不同长度的纤维拔出过程. 在纤维拔出过程,界面经历不同的阶段. 纤维埋长小于临界长度时,界面的脱粘载荷与纤维的埋长成正比;超过临界长度后,界面的脱粘载荷近似为常数. 分析了界面参数对脱粘载荷的影响:增加界面的剪切强度和界面的断裂韧性,或减小界面裂纹萌生位移,均能提高界面的脱粘载荷;界面脱粘后无界面摩擦应力时,拔出载荷—位移曲线的峰值载荷等于界面的脱粘载荷;界面摩擦应力存在时,使峰值载荷大于脱粘载荷,需要较长的纤维埋入长度和较大的界面摩擦应力.      

RV减速器主支撑角接触球轴承混合润滑分析

针对RV减速器角接触球轴承承受预紧力、轴向力和径向力等联合外载荷作用的工况,分析得出了内、外圈滚道接触界面的接触区几何参数和接触载荷.在此基础上,综合考虑了角接触球轴承的接触区宏观几何、接触载荷、真实表面粗糙度、瞬态效应等因素,建立了角接触球轴承混合润滑数学模型,分析了在不同工况下角接触轴承的润滑状况及表面以下应力分布.结果表明:随着载荷的不断增加,钢球与内圈沟道之间的油膜厚度会不断减少,导致干接触面积迅速扩大,接触点表面以下最大应力增大;转速的增加会使油膜变厚,干接触面积缩小.该结果对角接触球轴承的实际工程应用具有重要借鉴意义.     

DYNAMIC RESPONSE OF HIGH SPEED TRAIN MEETING IN OPEN AIR,MEETING IN TUNNEL AND PASSING TUNNEL1)

明线会车、隧道会车和过隧道工况下的气动压力波对高速列车的动力响应和运行安全产生很大影响,本文建立了三辆编组的高速列车动力学模型,通过数值仿真得到了列车在三种工况下的车体所受的气动力,基于数值积分分析了列车的动力响应和脱轨系数。研究发现：明线会车和隧道会车工况相比,车辆的侧向运动相反。 明线会车和过隧道时,气动载荷对列车的脱轨系数影响较小,而隧道会车时,气动载荷作用对尾车的安全性影响较大。     

明线会车、隧道会车及过隧道时的高速列车动力响应

明线会车、隧道会车和过隧道工况下的气动压力波对高速列车的动力响应和运行安全产生很大影响,本文建立了三辆编组的高速列车动力学模型,通过数值仿真得到了列车在三种工况下的车体所受的气动力,基于数值积分分析了列车的动力响应和脱轨系数。研究发现:明线会车和隧道会车工况相比,车辆的侧向运动相反。明线会车和过隧道时,气动载荷对列车的脱轨系数影响较小,而隧道会车时,气动载荷作用对尾车的安全性影响较大。     

基于BP神经网络与小冲杆试验确定在役管道钢弹塑性性能方法研究

为了能够在不停输油气工况下获得在役管道材料的弹塑性力学性能, 提出了一种人工智能BP (back-propagation)神经网络、小冲杆试验与有限元模拟相结合,通过确定材料真应力-应变曲线从而获得材料弹塑性力学性能的方法. 首先,通过系统改变Hollomon公式中的参数$K$, $n$值,获得457组具有不同弹塑性力学性能的假想材料本构关系, 其次,将得到的本构关系代入经试验验证的含有Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)损伤参数的小冲杆试验二维轴对称有限元模型,通过有限元计算得到了与真应力-应变曲线一一对应的457条不同假想材料的载荷-位移曲线,最终将两组数据作为数据库输入BP神经网络进行训练,建立了同种材料小冲杆试验载荷-位移曲线与真应力-应变曲线之间的关联关系.通过此关联关系,可利用试验得到的小冲杆载荷-位移曲线获取在役管道钢的真应力-应变曲线,从而确定其弹塑性力学性能.通过对比BP神经网络得到的X80管道钢真应力-应变曲线与单轴拉伸试验的结果以及引用现有文献中不同材料的试验数据对此关系进行验证,证明了该方法的准确性与广泛适用性.      

爆破地震波作用下法兰接口燃气管道动力失效机制

基于典型城市燃气管道直埋地层特点,通过全尺寸直埋燃气管道爆破地震实验,并结合LS-DYNA动力有限元数值计算软件建立不同爆源距离的无接口和法兰接口的燃气管道模型,分析研究了爆破地震波作用下法兰接口燃气管道动力响应特征及其失效机制。研究结果表明:管道截面应变以轴向拉伸应变为主,环向应变为辅;不同爆破工况下,无接口管道和法兰接口管道及地表峰值振动速度随爆源距离减小而增大;沿管道轴线方向,无接口管道、地表峰值振动速度以管道中心截面为对称面沿两端不断减小,法兰接口管道峰值振速由两侧向中间逐渐增大,在法兰接口处突然减小;法兰接口处出现明显的应力集中现象;管道法兰接口处是爆破地震作用下研究的关键点,螺栓的峰值有效应力、垫片轴向压力、法兰峰值有效应力、法兰偏转角随爆源距离增大而减小;法兰管道偏转角与地表峰值振动速度具有对应关系,法兰接口燃气管道中心正上方地表的控制振速（13.82 cm/s）可作为邻近燃气管道爆破工程地表的安全控制值。     

任意多椭圆孔多裂纹无限大板的应力强度因子与M积分

基于弹性力学中平面问题的复势方法,应用保角映射技术,以Faber级数为工具,导出含任意多椭圆孔及裂纹群无限大板在任意载荷作用下其应力场和位移场的级数解,并在此基础上计算了任意多裂纹板的应力强度因子和M积分,数值结果表明,该方法具有计算精度高、收敛速度快、方便快捷等解析法特有的优点。通过算例分析了不同裂纹倾角时M积分值随载荷方向的变化关系,并讨论了裂纹长度、裂纹间距及裂纹倾角等参数对应力强度因子的影响规律,获得了一些重要结论.     

基于单元生死技术的岩溶区域PE管道应力分析

采用ABAQUS有限元软件,基于单元生死技术构建了穿越岩溶区域的埋地PE管道管-土非线性耦合模型,研究了各个敏感因素对管道应力响应的影响规律,结合多元非线性回归理论得出了管道应力响应影响因素的敏感度排序。研究结果表明:(1)单元生死技术能够较为准确地模拟岩溶塌陷的发育特征。(2)随着岩溶土体塌陷长度及宽度的增加,管道应力峰值不断增大,但两者对管道应力响应的影响是有限的;随着岩溶覆盖层厚度增加,管道应力峰值不断减小,厚度增加到4m后管道危险截面由受拉区域转变至受压区域;增大壁厚可以延缓管道进入塑性区的时间,提高管道抵抗岩溶塌陷破坏的能力;在穿越岩溶区域时应选择合适的埋深以保证管道安全,最佳埋深为1m～1.5m。(3)岩溶塌陷作用下管道应力响应影响因素敏感度排序为:岩溶土体塌陷宽度岩溶土体塌陷长度岩溶覆盖层厚度管道壁厚管道埋深。     

EFFECTS OF 2-TUNNEL AND 3-TUNNEL FIXATION ON BIOMECHANICS OF TIBIOFEMORAL JOINT

基于正常膝关节4个屈曲角度(0°, 25°, 60°, 80°)下的磁共振(MR)图像数据, 建立正常/两隧道固定/三隧道固定内侧半月板移植术后的胫股关节模型. 对各屈曲角度下的4种模型分别施加单一轴向压载和压扭组合载荷进行有限元仿真, 得到各模型在2种载荷作用下的应力及位移分布. 提取关节软骨、半月板表面的等效应力以及半月板的最大位移进行对比分析, 得到内侧半月板移植术后两/三隧道固定对胫股关节中软骨及半月板的影响. 总体上讲内侧半月板移植中的三隧道固定要优于双隧道固定, 更利于胫股关节恢复正常的应力特性.     

准静载作用下弹塑性微弯裂纹张开位移

综合考虑了准静态作用应力,塑性区域边界上正应力与剪应力,利用二阶摄动方法与卡氏定理计算了弯曲裂纹尖端的张开位移。研究了在不同的准静载荷条件下弹塑性弯曲延伸裂纹尖端张开位移随着弯曲裂纹形状参数的变化而变化的规律。研究表明,当初始裂纹长度与弯曲路径的形状参数为定值时,弯曲延伸裂纹尖端张开位移大小随外载荷的增大而增大,且增加的趋势非常剧烈。     

基于BP神经网络与小冲杆试验确定在役管道钢弹塑性性能方法研究

为了能够在不停输油气工况下获得在役管道材料的弹塑性力学性能,提出了一种人工智能BP (backpropagation)神经网络、小冲杆试验与有限元模拟相结合,通过确定材料真应力-应变曲线从而获得材料弹塑性力学性能的方法.首先,通过系统改变Hollomon公式中的参数K, n值,获得457组具有不同弹塑性力学性能的假想材料本构关系,其次,将得到的本构关系代入经试验验证的含有Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)损伤参数的小冲杆试验二维轴对称有限元模型,通过有限元计算得到了与真应力-应变曲线一一对应的457条不同假想材料的载荷-位移曲线,最终将两组数据作为数据库输入BP神经网络进行训练,建立了同种材料小冲杆试验载荷-位移曲线与真应力-应变曲线之间的关联关系.通过此关联关系,可利用试验得到的小冲杆载荷-位移曲线获取在役管道钢的真应力-应变曲线,从而确定其弹塑性力学性能.通过对比BP神经网络得到的X80管道钢真应力-应变曲线与单轴拉伸试验的结果以及引用现有文献中不同材料的试验数据对此关系进行验证,证明了该方法的准确性与广泛适用性.     

海洋平台TT型管节点的极限强度分析

利用非线性有限元方法分析了轴向力作用下多平面TT节点的极限强度。在数值分析中,采用三维20结点固体单元模拟管道结构和焊缝形状,将结构有限元网格划分为不同区域,每个区域的网格独立产生,通过合并形成整个结构的有限元网格。通过控制位移增量法得到了加载过程中载荷和位移之间的关系曲线。使用ABAQUS软件分析了TT节点在支管端部承受轴向载荷的变形及与外部载荷之间的关系,得到了不同参数影响下的TT节点极限强度。