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振动对弯管减阻效果分析

化学工程 2024年第6期52卷 75-81页

作者：郭姿含樊建春张军杨云朋中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 集美大学海洋装备与机械工程学院福建厦门361021 中国石油安全环保技术研究院北京102206

节能减阻是近年来亟待解决的问题,长距离管道输送系统中的应用尤为重要。与现有输送介质不同,将振动减阻技术用于气力输送气固两相流系统中。采用欧拉-欧拉双流体模型,用户自定义函数控制的单参考系模型,数值模拟不同振动参数对减阻率... 详细信息

节能减阻是近年来亟待解决的问题,长距离管道输送系统中的应用尤为重要。与现有输送介质不同,将振动减阻技术用于气力输送气固两相流系统中。采用欧拉-欧拉双流体模型,用户自定义函数控制的单参考系模型,数值模拟不同振动参数对减阻率的影响,并考虑不同流速、固相体积分数的变化。模拟结果表明:剪切应力随振幅和频率的增加而减小,减阻率随振幅和频率的增加而增加,振动方向沿x轴时,减阻效果最佳,沿y轴次之,z轴最差;压差随流速的增加呈幂指函数增加,且振动不改变压差随流速的变化趋势,相同振动参数下流速越大减阻率越低;压差随固相体积分数的增加线性增加,且振动不改变压差随固相体积分数的变化趋势,相同振动参数下固相体积分数越大减阻率越低。其结论可为气固两相减阻技术提供参考。

关键词：气固两相流振动减阻弯管气力输送数值模拟

基于改进Elman神经网络的CFRP补强钢板界面脱粘预测研究

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振动与冲击 2024年第3期43卷 120-127页

作者：王庆松张玉张洪雨陈柏桦中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中油国际管道有限公司北京102206

针对碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)补强钢结构出现内部界面脱粘损伤后难以观测的问题,结合Lamb波检测方法和神经网络提出了一种界面脱粘预测方法。搭建了基于Lamb波的CFRP补强钢板信号分析试验平台,利用ABAQU... 详细信息

针对碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)补强钢结构出现内部界面脱粘损伤后难以观测的问题,结合Lamb波检测方法和神经网络提出了一种界面脱粘预测方法。搭建了基于Lamb波的CFRP补强钢板信号分析试验平台,利用ABAQUS软件建立了CFRP补强钢板的机电耦合有限元模型,并通过试验验证了有限元模型的准确性。将长方形和圆形两种脱粘形状的信号在时域和频域内进行分析,基于自适应遗传算法改进的Elman神经网络建立了CFRP补强钢板脱粘预测模型,并将与脱粘面积相关性较高的信号特征数据作为预测模型的特征数据。对预测模型进行性能测试,脱粘形状为长方形和圆形预测值的平均绝对百分比误差分别为3.03%和8.06%,结果表明改进的Elman网络对于脱粘损伤具有较好的预测精度。

关键词：界面脱粘 Lamb波碳纤维复合材料(CFRP) 脱粘预测 Elman神经网络

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内压载荷下输氢复合柔性管力学性能研究

海洋工程 2024年第3期42卷 119-134页

作者：张吉祥安晨邓海峰张爱霞张贝贝中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中国石油集团工程技术研究有限公司天津300451 中国石油集团海洋工程有限公司北京100028

中国氢能产业正随着碳中和愿景的不断推进而快速发展,由于氢气在钢管中容易引发“氢脆”现象,使用钢管输送氢气存在较大挑战,纤维增强复合柔性管作为一种非金属管道在氢气输送领域备受关注,其结构设计及强度分析是产业化应用的瓶颈。为... 详细信息

中国氢能产业正随着碳中和愿景的不断推进而快速发展,由于氢气在钢管中容易引发“氢脆”现象,使用钢管输送氢气存在较大挑战,纤维增强复合柔性管作为一种非金属管道在氢气输送领域备受关注,其结构设计及强度分析是产业化应用的瓶颈。为探讨内压工况下输氢复合柔性管的结构响应,考虑不同层材料的各向同性及各向异性,基于三维各向异性弹性力学,建立了纤维增强输氢复合管道在内压作用下的力学理论模型,并采用数学方法求解管道位移微分方程,进而获得了N层缠绕增强层输氢复合管道在内压作用下的应力应变解析解,计算结果与内压作用下13层输氢复合柔性管的数值计算结果相符。管道的环向应力最大值出现在防渗透层,输氢软管的增强层承担约70%的载荷作用,径向应力绝对值大小随距离管道截面中心点的距离增大而减小。提出的力学行为分析模型及求解方法为设计输氢复合柔性管提供了重要的理论支撑。

关键词：纤维增强复合柔性管输氢管道内压载荷理论分析

基于神经网络优化算法的海洋动态缓波型立管设计

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海洋工程 2024年第3期42卷 83-94页

作者：黄松黄宇杰何杨烨中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 清华大学能源与动力工程系北京100084

柔性立管连接海上平台和水下生产系统,缓波型构型可以减轻其受到的顶部张力和疲劳损伤,触地点处系链对于固定水下立管起着重要作用,然而加装系链的缓波型立管系统设计更为复杂。通过缓波型基本理论计算出合理的立管初始状态,之后使用立... 详细信息

柔性立管连接海上平台和水下生产系统,缓波型构型可以减轻其受到的顶部张力和疲劳损伤,触地点处系链对于固定水下立管起着重要作用,然而加装系链的缓波型立管系统设计更为复杂。通过缓波型基本理论计算出合理的立管初始状态,之后使用立管分析软件OrcaFlex,在充分考虑环境因素、船体结构、立管材料和线型以及重力块、浮力块、系链等配置参数的情况下,建立缓波型立管系统有限元模型,通过静动态分析验证其满足设定的关于立管构型、张力、弯曲半径,系链张力和FPSO偏移量5个约束条件。结合神经网络优化算法和遗传算法制定出针对文中立管系统的优化算法并通过MATLAB编程将浮力块数量优化至最少,之后基于L-M算法构建神经网络模型,通过迭代训练提升精度,得到最终参数优化结果。通过对比优化前后静动态分析结果可知:优化后浮力块数量大幅减少,立管最大有效张力大幅减小,而悬挂段最低点深度有一定程度的增大,整体构型更趋向于合理的缓波型构型。

关键词：缓波型立管浮力块动态响应神经网络优化设计

交通载荷作用下埋地含缺陷玻璃钢管道力学行为研究

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力学与实践 2024年第1期46卷 64-76页

作者：李振林张笑影刘彤于晓张行董绍华中国石油大学(北京)机械与储运工程学院北京102200 中国石油大学(北京)管道技术与安全研究中心北京102200 国家管网集团北京管道有限公司北京输油气分公司北京100101 中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102200

为分析含缺陷玻璃钢管道在交通载荷作用下的力学行为,基于ABAQUS有限元软件建立了含不同形状缺陷管道模型和不同埋深管土模型,研究了不同埋深、不同载荷及缺陷深度对管道不同层中截面沿环向应力分布规律的影响。结果表明,无缺陷管道各... 详细信息

为分析含缺陷玻璃钢管道在交通载荷作用下的力学行为,基于ABAQUS有限元软件建立了含不同形状缺陷管道模型和不同埋深管土模型,研究了不同埋深、不同载荷及缺陷深度对管道不同层中截面沿环向应力分布规律的影响。结果表明,无缺陷管道各层应力分布均匀,含缺陷管道内区域层应力沿管材缠绕方向集中于缺陷对称角处;管道仅含轴向缺陷时管体应力峰值与应力突变幅度最大;缺陷相对深度对管道应力峰值影响较大。

关键词：玻璃钢管道复合材料缺陷埋地有限元

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联合残差域自适应的变工况轴承故障诊断方法

石油机械 2024年第4期52卷 18-26页

作者：骆世龙段礼祥张俊玲中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院应急管理部油气生产安全与应急技术重点实验室中国石油大学(北京)机械与储运工程学院

滚动轴承由于实际工况变化造成故障数据特征分布不同,出现跨领域问题,传统以数据独立同分布为前提的故障诊断方法难以解决该问题。为此,设计并搭建了聚合残差网络,以残差连接和分组卷积式的独特网络结构实现故障敏感特征深度挖掘。提出... 详细信息

滚动轴承由于实际工况变化造成故障数据特征分布不同,出现跨领域问题,传统以数据独立同分布为前提的故障诊断方法难以解决该问题。为此,设计并搭建了聚合残差网络,以残差连接和分组卷积式的独特网络结构实现故障敏感特征深度挖掘。提出一种联合残差域自适应的故障诊断方法,该方法通过最优广义S变换构建聚合残差网络提取图像的可迁移特征,最后以联合最大均值差异自适应地减小数据间的联合分布差异,实现变工况轴承的故障诊断。对3种工况下的滚动轴承进行了6组迁移试验,试验结果表明:联合残差域自适应方法故障诊断准确率达到了98.29%,相比于联合分布自适应法JDA和联合分布自适应+卷积神经网络法JDA+CNN,分别提升了21.0和5.1个百分点。研究结果可为变工况滚动轴承的故障诊断提供技术参考。

关键词：滚动轴承故障诊断聚合残差网络联合残差域自适应故障诊断准确率

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基于实时钻进参数的孔隙压力智能预测技术

石油机械 2024年第5期52卷 1-8页

作者：李萍于琛王建龙杨恒贾培娟李邓玥冯永存中国石油集团渤海钻探工程有限公司工程技术研究院中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院中国石油大学(北京)石油工程学院

针对当前孔隙压力预测方法存在适用范围限制、精度不足、计算繁琐和无法实时预测等问题,提出了一种基于实时钻进数据的地层孔隙压力预测方法。基于测井数据计算孔隙压力的理论真实值,作为预测的学习目标;通过相关系数法及模型选择法,确... 详细信息

针对当前孔隙压力预测方法存在适用范围限制、精度不足、计算繁琐和无法实时预测等问题,提出了一种基于实时钻进数据的地层孔隙压力预测方法。基于测井数据计算孔隙压力的理论真实值,作为预测的学习目标;通过相关系数法及模型选择法,确定了8项关键参数:大钩载荷、泵压、机械钻速、钻压、转速、排量、密度和黏度;基于这些参数,采用3种集成机器学习算法,分别建立孔隙压力的实时预测模型。训练集预测结果分析表明:XGBoost和LightGBM模型在关键评估指标上表现良好,而随机森林模型存在过拟合的现象;XGBoost和LightGBM模型的预测趋势更加稳定,在预测精度和稳定性上更具优越性;所有模型在更换钻头造成钻头参数与钻头磨损情况变化后均产生了一定的平移偏差。后期可通过探究钻头特性与预测偏差的具体关系,或通过调整模型、对预测结果适当修正来进一步提高预测准确性。该预测方法不仅提高了预测精度,还为现场工程师提供了实时决策支持,有助于钻井策略的优化并降低风险。

关键词：地层孔隙压力机器学习智能预测钻进参数随机森林

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航道区碎石层对霍尔锚落锚条件下海底管道防护效果研究

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海洋工程 2024年第3期42卷 179-189页

作者：王懿黄俊李丽伟邓卓远顾雨晨中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中海油研究总院有限责任公司北京100028

航道中船舶抛锚作业使海底管道可能受意外撞击,造成管道局部损伤甚至失效,进而对油气生产安全和生态环境等造成重大危害。采用碎石层防护是航道区等海域海底管道最常用的防护手段。首先基于大比尺落锚模型试验,观测了霍尔锚下落贯入碎石... 详细信息

航道中船舶抛锚作业使海底管道可能受意外撞击,造成管道局部损伤甚至失效,进而对油气生产安全和生态环境等造成重大危害。采用碎石层防护是航道区等海域海底管道最常用的防护手段。首先基于大比尺落锚模型试验,观测了霍尔锚下落贯入碎石的3个阶段及其贯入过程中管道的应力应变状态。通过建立光滑粒子流体动力学法(SPH)和有限元法(FEM)耦合的数值模型,针对实际不同吨位通航船舶常用的霍尔锚,研究了其贯入碎石层深度及埋设管道受力和凹陷变形规律。最后分析了不同锚质量、碎石层形状和厚度等因素下埋设管道的响应规律。结果表明:采用暗埋式碎石防护层有利于撞击能量吸收,能更好地防护海底管道受损;且采用3m以上碎石防护层能有效保护海底管道抵抗各类实际常见霍尔锚的撞击损伤。

关键词：海底管道霍尔锚落锚撞击碎石防护光滑粒子流体动力学法

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家庭厨房内不同比例混氢天然气泄漏扩散研究

中国安全生产科学技术 2024年第2期20卷 90-96页

作者：胡赛涛张圣柱王旭李云涛中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中国安全生产科学研究院北京100012

为探究不同比例混氢天然气在家庭厨房内泄漏后的扩散特性,采用FLACS构建家庭厨房数值模型,研究不同比例混氢天然气泄漏后在水平(泄漏口侧到远离泄漏口侧)和垂直方向上的浓度分布,对比自由扩散和对流通风对气体扩散的影响。研究结果表明... 详细信息

为探究不同比例混氢天然气在家庭厨房内泄漏后的扩散特性,采用FLACS构建家庭厨房数值模型,研究不同比例混氢天然气泄漏后在水平(泄漏口侧到远离泄漏口侧)和垂直方向上的浓度分布,对比自由扩散和对流通风对气体扩散的影响。研究结果表明:距泄漏口上方1.15 m高度以下,高度、时间及混氢比对水平方向上气体体积分数的降幅影响较小;泄漏口侧和远离泄漏口侧垂直方向上具有不同层级的分层现象,且随混氢比和时间的增大,分层现象减弱;混氢比从0%增加到40.0%时,报警时间降幅比仅为1.42%;相较自由扩散,对流通风能快速排出可燃气体,降低风险。研究结果可为城镇燃气混氢应用提供参考。

关键词：家庭厨房混氢天然气泄漏扩散通风条件