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含初始缺陷管中管侧向屈曲过程中的动态效应研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2019年第4期52卷 404-412页

作者：张泽超陈志华刘红波王哲刘凯月天津大学建筑工程学院天津300072 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072

随着海洋油气开采深度的逐渐增加,深海石油管道在高温高压运输过程中会存在整体热屈曲现象,而热屈曲的过程中可能会存在动力效应.管中管广泛应用于深海油气输送结构,但是相关整体屈曲试验及动力效应研究很少.本文以初始缺陷波长及幅值... 详细信息

随着海洋油气开采深度的逐渐增加,深海石油管道在高温高压运输过程中会存在整体热屈曲现象,而热屈曲的过程中可能会存在动力效应.管中管广泛应用于深海油气输送结构,但是相关整体屈曲试验及动力效应研究很少.本文以初始缺陷波长及幅值作为变参数,对含有初始缺陷的双层管道的试验方法进行了详细介绍,并通过3组试验,对整体热屈曲试验过程中产生的动力效应现象及原因进行了分析,发现初始缺陷波长对整体屈曲过程中的动态效应起到关键作用.基于此,采用ABAQUS隐士动力分析方法建立了双层管道整体屈曲有限元分析模型,并与试验结果进行了对比,验证了模型的准确性.进而分析了管道直径大小、初始缺陷长度以及管土作用对管道屈曲过程中动态效应的产生及影响变化规律,发现了各个因素与管道中点屈曲临界力、侧向弹出速度、侧向位移以及整体动能之间的关系,通过对比分析,找到了径厚比最佳临界点以及缺陷波长与管道长度比值的临界控制点,发现管土作用对整体屈曲动态效应有显著影响,并对产生机理进行了分析,研究成果对深海油气输送双层管道结构的设计及铺设有一定的指导意义.

关键词：海底管道初始缺陷整体侧向屈曲管中管动态效应

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深海管道稳态流动非均匀温度场研究

哈尔滨工程大学学报 2017年第2期38卷 189-194,200页

作者：陈志华黄金超何永禹王哲刘红波天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津大学建筑工程学院天津300072

为了研究深海管道稳态流动非均匀温度场,利用GAMBIT软件建立了单层管道几何模型并划分网格,利用FLUENT软件对管道在稳态流动时的非均匀温度场进行了数值模拟,对网格独立性进行了分析,确定了合理的网格划分方式,得到了管道沿程温度曲线... 详细信息

为了研究深海管道稳态流动非均匀温度场,利用GAMBIT软件建立了单层管道几何模型并划分网格,利用FLUENT软件对管道在稳态流动时的非均匀温度场进行了数值模拟,对网格独立性进行了分析,确定了合理的网格划分方式,得到了管道沿程温度曲线。通过对比数值模拟与理论公式计算得到的原油温度结果,对FLUENT模型进行了验证,最后进行了管道温度场参数化分析。研究结果表明,稳态流动时管道沿程温度逐渐减小,温度梯度也逐渐减小,原油入口温度、入口流速、保温层厚度及保温层外壁与海水的换热系数均影响管道温度场的分布。研究为管道的非均匀温度效应研究提供参考。

关键词：深海管道稳态流动数值模拟非均匀温度场参数化分析

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海底管道轴向移动数值模拟研究

哈尔滨工程大学学报 2016年第9期37卷 1197-1203页

作者：陈志华黄金超赵思玥何永禹刘红波天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津大学建筑工程学院天津300072

非线性的温度荷载是造成管道产生轴向移动的主要原因,针对海底管道在多次开启/关闭的循环作用下轴向移动现象,采用有限元分析的方法,通过ABAQUS软件建立循环温度作用下平坦海床上短直管道有限元模型,模型中考虑了非线性的温度加载梯度... 详细信息

非线性的温度荷载是造成管道产生轴向移动的主要原因,针对海底管道在多次开启/关闭的循环作用下轴向移动现象,采用有限元分析的方法,通过ABAQUS软件建立循环温度作用下平坦海床上短直管道有限元模型,模型中考虑了非线性的温度加载梯度和高温对管道材料的影响,揭示短管道在多次开启/关闭循环荷载作用下有效轴向力分布以及管道各点轴向移动现象的形成原因及发展规律。最后通过参数化分析,得到了管土摩擦系数与管道轴向移动速率之间的关系,并对比两种管道内压的加载方式对管道轴向移动速率的影响,为工程中减缓管道轴向移动速率的方法提供借鉴和帮助。

关键词：短直海底管道数值模拟轴向移动非线性循环温度参数化分析

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高温高压管道悬跨段竖向屈曲数值模拟研究

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2018年第A01期51卷 73-77页

作者：杨建国陈志华张泽超王哲陈坤天津大学建筑工程学院天津300072 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072

管道悬跨是海底管道的常见工况,在油温和油压作用下,管道会发生竖向整体屈曲.竖向屈曲如果不加以预防或控制将导致管道发生破坏,但是针对悬跨管道竖向屈曲的研究较少.本文利用ABAQUS软件建立了悬跨管道竖向屈曲有限元模型,对悬跨管道的... 详细信息

管道悬跨是海底管道的常见工况,在油温和油压作用下,管道会发生竖向整体屈曲.竖向屈曲如果不加以预防或控制将导致管道发生破坏,但是针对悬跨管道竖向屈曲的研究较少.本文利用ABAQUS软件建立了悬跨管道竖向屈曲有限元模型,对悬跨管道的竖向屈曲过程进行了分析,并通过参数分析研究了悬跨长度、管道直径以及管道重量等几个重要参数对其屈曲位移和屈曲轴力的影响.结果表明,悬跨管道同样存在竖向屈曲风险;管道直径和悬跨长度是对其竖向屈曲最重要的两个影响因子;大管道直径以及小悬跨长度会导致跳跃屈曲,工程中应避免出现;小管道直径以及大悬跨长度会产生平滑的变形过程,加以控制,可以保证管道安全.

关键词：悬跨管道竖向屈曲有限元数值模拟

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基于多因素的焊接结构疲劳裂纹扩展速率分析

计算力学学报 2020年第3期37卷 349-354页

作者：白林越邵飞高磊徐倩中国人民解放军陆军工程大学野战工程学院南京210007

以Donahue等提出的疲劳裂纹扩展速率计算模型为基础,通过引入形状系数、张开比和残余应力等参数,建立了适用于焊接结构的疲劳裂纹扩展速率计算模型,分析了多种因素对焊接结构疲劳裂纹扩展速率的影响规律。结果表明,焊板厚度和焊缝余高... 详细信息

以Donahue等提出的疲劳裂纹扩展速率计算模型为基础,通过引入形状系数、张开比和残余应力等参数,建立了适用于焊接结构的疲劳裂纹扩展速率计算模型,分析了多种因素对焊接结构疲劳裂纹扩展速率的影响规律。结果表明,焊板厚度和焊缝余高的变化均会对焊接结构疲劳裂纹的扩展速率产生影响,在对焊接结构表面形状进行设计时应保有一定的焊缝余高;有效应力比的增大会降低焊接结构疲劳裂纹的扩展速率,且裂纹深度的变化不会改变有效应力比对焊接结构疲劳裂纹扩展速率的影响;残余应力的增大会提高焊接结构疲劳裂纹的扩展速率,且残余应力对疲劳裂纹扩展速率的促进作用随着裂纹深度的增加而增大,在对焊接结构的疲劳性能进行设计时须考虑残余应力对结构性能的影响。

关键词：焊接结构疲劳裂纹扩展速率形状系数有效应力比残余应力

高温环境下深海超长管道的竖向整体屈曲试验研究

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空间结构 2020年第2期26卷 57-63页

作者：陈志华杨建国张泽超郭刘潞天津大学建筑工程学院天津300072

海洋油气资源是社会主要的能源来源,在海洋油气资源开发过程中,海洋油气输送管道处于至关重要的位置,一旦发生破坏,不仅造成经济损失,还会造成海洋环境污染.海底管道处于高温高压工作环境内,服役过程中极易发生整体屈曲.本文对带有竖向... 详细信息

海洋油气资源是社会主要的能源来源,在海洋油气资源开发过程中,海洋油气输送管道处于至关重要的位置,一旦发生破坏,不仅造成经济损失,还会造成海洋环境污染.海底管道处于高温高压工作环境内,服役过程中极易发生整体屈曲.本文对带有竖向缺陷的管道进行缩尺试验研究,通过热油模拟管道运行实际工况,获得不同竖向缺陷条件下管道的屈曲临界温度和临界位移,研究了不同初始缺陷对整体屈曲的影响,验证了管道竖向屈曲过程的动力效应.

关键词：深海管道高温高压初始缺陷整体屈曲缩尺试验

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深海管道非均匀温度效应研究

工业建筑 2016年第11期46卷 40-48页

作者：黄俊黄金超刘红波何永禹王哲天津大学建筑工程学院天津300072 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072

利用FLUENT软件对管道在稳态流动时的非均匀温度场进行了数值模拟,得到了管内原油层流和紊流流动两种流态不同入口流速的管道沿程温度曲线。并通过ABAQUS软件对建立的管道有限元模型施加层流和紊流两种流态的非均匀温度荷载,考虑材料非... 详细信息

利用FLUENT软件对管道在稳态流动时的非均匀温度场进行了数值模拟,得到了管内原油层流和紊流流动两种流态不同入口流速的管道沿程温度曲线。并通过ABAQUS软件对建立的管道有限元模型施加层流和紊流两种流态的非均匀温度荷载,考虑材料非线性,通过模态分析引入初始缺陷,针对不同非均匀温度作用和管土相互作用,进行管道非均匀温度效应参数化分析,研究非均匀温度场作用下管道屈曲性能、侧向位移以及温度应力的变化规律。

关键词：层流紊流非均匀温度场管道温度效应参数化分析

高温高压海底管道流动开启与关闭过程时变温度场研究

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工业建筑 2016年第11期46卷 33-39页

作者：陈志华何玲玲刘红波何永禹天津大学建筑工程学院天津300072 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072

目前对海底管道温度场的研究较少,现有文献几乎都是直接给出管道的沿程温度曲线,缺乏一定的依据。利用GAMBIT建立了深海管道几何模型并划分网格,利用FLUENT对流动开启及关闭过程非稳态传热进行了数值模拟,对非稳态求解的时间步长独立性... 详细信息

目前对海底管道温度场的研究较少,现有文献几乎都是直接给出管道的沿程温度曲线,缺乏一定的依据。利用GAMBIT建立了深海管道几何模型并划分网格,利用FLUENT对流动开启及关闭过程非稳态传热进行了数值模拟,对非稳态求解的时间步长独立性以及管道非均匀温度场进行了分析。首次研究了海底管道在流动开启及关闭过程的时变温度场特性,给出了管道沿程时变温度曲线,并针对不同原油流态、预热方式揭示了管道沿程温度的变化规律,同时为流动开启及关闭过程管道非均匀温度效应研究奠定了基础。

关键词：海底管道流动开启流动关闭时变温度场

残余应力对焊接结构应力腐蚀行为影响机理研究

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热加工工艺 2017年第21期46卷 168-172页

作者：白林越江克斌高磊吕增奎解放军理工大学野战工程学院江苏南京210007

针对焊接结构的应力腐蚀行为,提出了耐腐蚀常数公式,得到了残余应力对焊接结构耐腐蚀性能的影响机理。结果表明:耐腐蚀常数公式可以解释残余应力对焊接结构应力腐蚀行为的影响机理。焊接残余拉应力会同时减小金属的活化能和表面原子密度... 详细信息

针对焊接结构的应力腐蚀行为,提出了耐腐蚀常数公式,得到了残余应力对焊接结构耐腐蚀性能的影响机理。结果表明:耐腐蚀常数公式可以解释残余应力对焊接结构应力腐蚀行为的影响机理。焊接残余拉应力会同时减小金属的活化能和表面原子密度,导致焊接结构耐腐蚀性能的降低;在焊接残余压应力作用下,金属的表面原子密度升高,抵消了残余压应力对金属腐蚀速率的促进作用,提高了焊接结构的耐腐蚀性能。

关键词：焊接残余应力应力腐蚀耐腐蚀常数表面原子密度