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双金属复合管屈曲失效机理及临界载荷研究

石油机械 2024年第5期52卷 138-144页

作者：肖世轩吕志阳朱学铭曲琳梁学泉中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院

为探究双金属复合管的屈曲失效机理,利用ABAQUS软件建立了双金属复合管有限元模型,考虑成型残余应力的存在,分析了弯曲过程中弯矩、椭圆度和内衬褶皱幅值随曲率的变化规律;研究了内衬管屈服强度、内衬管径厚比以及外基管径厚比对双金属... 详细信息

为探究双金属复合管的屈曲失效机理,利用ABAQUS软件建立了双金属复合管有限元模型,考虑成型残余应力的存在,分析了弯曲过程中弯矩、椭圆度和内衬褶皱幅值随曲率的变化规律;研究了内衬管屈服强度、内衬管径厚比以及外基管径厚比对双金属复合管屈曲失效的影响,并进一步给出了临界弯矩和临界曲率的预测公式。分析结果表明:屈服强度更高的内衬管可提高复合管的临界弯矩,但会降低复合管的临界曲率;更小的内衬管径厚比和外基管径厚比均可提高复合管的临界弯矩和临界曲率;相较于临界弯矩,内衬管屈服强度和径厚比的改变对临界曲率影响更为明显,外基管径厚比的改变则对两者均具有十分明显的影响;临界弯矩和临界曲率公式预测结果与有限元计算结果的相对误差不超过4%和12%。所得结论可为双金属复合管的设计和安全评价提供参考依据。

关键词：双金属复合管屈曲失效内衬褶皱径厚比临界弯矩临界曲率

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非均匀沉降区埋地管道力学响应研究

兰州理工大学学报 2024年第3期50卷 64-68页

作者：卢国宏谢锐郭建明罗飞刘小波张杰山东省鲁南地质工程勘察院(山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队) 山东济宁272100 四川文理学院智能制造学院四川达州635000 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司河北涿州072750 聪明猪检测技术(成都)有限公司四川成都610041 国家管网集团西南管道昆明输油气分公司云南昆明650000 西南石油大学石油天然气装备技术四川省科技资源共享服务平台四川成都610500 自然资源部采煤沉陷区综合治理工程技术创新中心山东济宁272100

地层非均匀沉降是埋地管道面临的常见地质灾害之一,影响管道安全运行.为此建立地层沉降区管土耦合模型,研究了地层沉降量、管道壁厚、内压、管材对管道屈曲模式和力学性能的影响.结果表明:地层沉降作用下管道轴向拉伸应变和压缩应变集... 详细信息

地层非均匀沉降是埋地管道面临的常见地质灾害之一,影响管道安全运行.为此建立地层沉降区管土耦合模型,研究了地层沉降量、管道壁厚、内压、管材对管道屈曲模式和力学性能的影响.结果表明:地层沉降作用下管道轴向拉伸应变和压缩应变集中在沉降过渡区;沉降量较小时管道表面应变呈波纹状分布,沉降较大时管道产生局部屈曲;相同工况下,薄壁管道易发生屈曲失效,厚壁管道出现波纹状应变分布;随着内压增大,管道屈曲程度逐渐减弱;高钢级管道的屈曲程度越小.

关键词：地层沉降 X80管道轴向应变屈曲失效

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穿越平移断层海底埋地管道屈曲失效分析

工程力学 2022年第9期39卷 242-256页

作者：余杨李振眠余建星孙文正刘晓伟马建东刘成天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津大学天津300350 天津市港口与海洋工程重点实验室天津大学天津300350

长输海底管道常不可避免地穿过地震断层,地震断层活动可能导致管道发生扭曲、皱折甚至断裂,极大威胁管道安全。采用创新性的向量式有限元方法 (VFIFE)分析穿越地震断层海底管道屈曲失效行为,首先推导考虑材料非线性的VFIFE空间壳单元计... 详细信息

长输海底管道常不可避免地穿过地震断层,地震断层活动可能导致管道发生扭曲、皱折甚至断裂,极大威胁管道安全。采用创新性的向量式有限元方法 (VFIFE)分析穿越地震断层海底管道屈曲失效行为,首先推导考虑材料非线性的VFIFE空间壳单元计算公式,提出适用壳单元的非线性管土耦合模型,然后重点解决了海底管道屈曲及屈曲传播过程中存在的内壁自碰撞接触问题,编制了Fortran计算程序和相应后处理程序。通过文献对比证明了模型的正确性。开展了平移断层作用下空载状态海底管道屈曲失效过程模拟,分析了穿越角度、土体性质和水压大小对海底管道屈曲失效行为的影响,结果表明:海底管道径厚比小,用钢等级高,周围土体强度低,具有更高的抵抗断层位移载荷能力;较低外压和平移断层联合作用下,管道变形呈S形,屈曲失效由断层位移引起的过度弯曲主导,失效模式是第二个弯曲处或者两个弯曲处的受压侧出现明显内陷,截面变形呈椭圆形;穿越角度越小,屈曲失效的临界断层位移越小;周围土体强度越高(砂土>黏土>淤泥夹砂),管道弯曲变形越严重,屈曲失效的临界断层位移越小;较高外压和平移断层联合作用下,屈曲失效由外压主导,主要模式是第一个弯曲处或者第二个弯曲处首先出现压溃,然后发生屈曲传播现象;不同水压和平移断层位移组合下海底管道破坏程度不一,压溃位置、屈曲传播方向和范围、截面变形呈现不同模式。结果可用于指导穿越地震断层海底管道抗震设计和止屈防护研究。

关键词：海底管道屈曲失效向量式有限元管土耦合抗震设计

某管线L415MB螺旋埋弧焊钢管屈曲失效分析

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热加工工艺 2023年第11期52卷 84-89,93页

作者：李亮黄磊刘成钢白强杨锋平许彦丰振军常永刚中国石油集团工程材料研究院有限公司陕西西安710077 北京隆盛泰科石油管科技有限公司北京101100 中国石油集团川庆钻探工程有限公司四川成都610051

屈曲失效是长输油气管道的重要失效形式之一,本文研究了甘肃地区某天然气管线发生的局部屈曲失效,对其宏观形貌、几何尺寸和理化性能进行了检测分析。通过勘查和分析失效管段所处地形地貌,推测了可能造成该管线发生屈曲失效的载荷类型... 详细信息

屈曲失效是长输油气管道的重要失效形式之一,本文研究了甘肃地区某天然气管线发生的局部屈曲失效,对其宏观形貌、几何尺寸和理化性能进行了检测分析。通过勘查和分析失效管段所处地形地貌,推测了可能造成该管线发生屈曲失效的载荷类型。采用有限元分析软件分别对管道承受平行于管轴方向和垂直于管轴方向载荷作用下的管段应力分布和变形进行了模拟和对比分析。结果表明:屈曲失效管段的理化性能符合相关标准要求,平行于管轴方向的压缩载荷是造成该管段发生局部屈曲失效的主要原因。另外,该管段屈曲褶皱区域在轴向压缩力作用下发生了局部壁厚变化和局部变形开裂。

关键词：螺旋埋弧焊钢管屈曲失效有限元模拟变形开裂

多孔材料在压缩载荷作用下的屈曲失效模式分析

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物理学报 2010年第12期59卷 8801-8806页

作者：刘培生北京师范大学核科学与技术学院射线束技术与材料改性教育部重点实验室北京100875

压缩是工程材料最基本的承载方式之一,多孔材料中的孔棱受到压缩载荷时可能产生屈曲行为.建立了各向同性三维网状高孔率多孔材料的简化结构失效模型,分析了这种材料在不同压缩载荷作用下由于孔棱发生屈曲而引起的失效模式,系统地得出了... 详细信息

压缩是工程材料最基本的承载方式之一,多孔材料中的孔棱受到压缩载荷时可能产生屈曲行为.建立了各向同性三维网状高孔率多孔材料的简化结构失效模型,分析了这种材料在不同压缩载荷作用下由于孔棱发生屈曲而引起的失效模式,系统地得出了单向压缩、双向压缩和三向压缩等三种承载形式下这种多孔体受压而导致孔棱屈曲时名义主应力与孔率的数理关系.在此基础上,进一步得出了此类材料在压缩载荷作用下发生孔棱屈曲的载荷条件.

关键词：多孔材料泡沫材料压缩载荷屈曲失效

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复杂载荷下深水顶张式立管屈曲失效风险分析

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2018年第6期51卷 555-565页

作者：郝帅余杨吴雷余建星张宁天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240 中海石油深海开发有限公司深圳518000

研究了深水顶张式立管在极端环境载荷、第三方破坏载荷以及材料腐蚀等多种复杂载荷条件下立管的结构屈曲失效风险,并考虑海洋立管风险分析中不加以区分的立管类型与失效形式,采用新的非基于事故统计的方法探究其规律,进行风险辨识.为了... 详细信息

研究了深水顶张式立管在极端环境载荷、第三方破坏载荷以及材料腐蚀等多种复杂载荷条件下立管的结构屈曲失效风险,并考虑海洋立管风险分析中不加以区分的立管类型与失效形式,采用新的非基于事故统计的方法探究其规律,进行风险辨识.为了研究深水顶张式立管的屈曲失效风险,通过复杂载荷条件下结构致灾机理的辨识建立多立管状态下的故障树模型,采用海洋工程领域中应用较为成熟的专家综合评估法及模糊故障树法进行风险分析,最终从概率及后果两个维度给出屈曲失效薄弱环节.通过实例分析、计算,验证本文提出方法的适用性和可靠性,并得出对深海资源开发有参考价值的结论.

关键词：顶张式立管复杂载荷屈曲失效风险分析

复杂载荷作用下双金属复合管的屈曲失效模拟分析

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中国海上油气 2020年第5期32卷 168-173页

作者：张春迎余建星余杨韩梦雪李牧之颜铠阳成司元徐立新天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津大学天津市港口与海洋工程重点实验室天津300072

双金属复合管在海洋工程中应用广泛,使用过程中极易发生屈曲失效和内衬管褶皱现象。本文使用ABAQUS有限元软件,分析了双金属复合管液压成形过程及其在复杂载荷下的屈曲失效,研究了残余应力、管道径厚比和材料属性对双金属复合管屈曲失... 详细信息

双金属复合管在海洋工程中应用广泛,使用过程中极易发生屈曲失效和内衬管褶皱现象。本文使用ABAQUS有限元软件,分析了双金属复合管液压成形过程及其在复杂载荷下的屈曲失效,研究了残余应力、管道径厚比和材料属性对双金属复合管屈曲失效的影响。结果表明,降低管道径厚比或增大外管材料的屈服强度,能够有效延缓管道屈曲,减小内衬管褶皱幅值。本文研究结果有助于更好地理解双金属复合管屈曲失效现象,进一步完善其加工工艺。

关键词：双金属复合管液压成形残余应力有限元数值模拟屈曲失效

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海流作用下轮机叶轮的屈曲失效分析

应用力学学报 2020年第3期37卷 1184-1190,I0019页

作者：王世明葛玲贾巧娇上海海洋大学工程学院上海201306

采用有限元计算方法,全面系统地研究了在海流联合作用下卧式海流轮机叶轮的屈曲失效行为。运用屈曲失效理论、几何力分析、三维数值模拟计算相结合的手段,考虑到轮机叶轮在海流作用过程中产生的内应力作用,分析并讨论了水动力攻角、海... 详细信息

采用有限元计算方法,全面系统地研究了在海流联合作用下卧式海流轮机叶轮的屈曲失效行为。运用屈曲失效理论、几何力分析、三维数值模拟计算相结合的手段,考虑到轮机叶轮在海流作用过程中产生的内应力作用,分析并讨论了水动力攻角、海流作用力、轮毂对叶轮的支撑点分布位置、叶轮内外压差等参数对叶轮径向屈曲失效的影响。结果表明:海流联合作用时,弦向海流力比纵向海流力的有效推力转换率高68%,相较于传统纯潮流作用下,海流联合作用时的叶轮结构未发生明显屈曲;水动力攻角20°时叶轮抗屈曲能力强,相对径向屈曲形变量比水动力攻角为40°时减小了33%;双支撑点分布位置的变化不会改变轮机叶轮的相对屈曲特性。在双支撑点分布的跨度范围内,叶轮相对径向屈曲较小,叶轮两端翼相对径向屈曲较大;从模拟计算中可以看出,叶轮内外压差变化对叶轮屈曲承载力的影响小。

关键词：轮机叶轮有限元计算屈曲失效海流作用水动力攻角

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复杂载荷下双金属复合管的屈曲失效研究

固体力学学报 2019年第4期40卷 342-353页

作者：郭奕蓉张建勋秦庆华谭丁森西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 上海电气风电集团有限公司上海200235

论文采用有限元方法系统地研究了复杂载荷下双金属复合管的屈曲失效,三维有限元数值模型考虑了双金属复合管的准静态复合成型制造过程中产生的残余应力,分析了外基管直径、内衬管壁厚、内外管初始间隙、内衬管屈服强度、内压及内外管间... 详细信息

论文采用有限元方法系统地研究了复杂载荷下双金属复合管的屈曲失效,三维有限元数值模型考虑了双金属复合管的准静态复合成型制造过程中产生的残余应力,分析了外基管直径、内衬管壁厚、内外管初始间隙、内衬管屈服强度、内压及内外管间摩擦力等因素对双金属复合管屈曲失效的影响.结果表明,加载路径、复合管的几何尺寸及内衬管的屈服强度对双金属复合管的屈曲性能均有较大影响,内充压力可以延缓内衬管的屈曲.该研究结果将为双金属复合管的设计和应用提供重要的技术支持.

关键词：双金属复合管数值模型加载路径屈曲失效