断层作用下季节性冻土区埋地输气管道安全性分析

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作者 郝润霞 付中方 《中国测试》 CAS 北大核心 2024年第1期160-165,共6页

季节性冻土区埋地输气管道在断层作用下的安全性受到诸多因素影响,为研究管道内天然气温度、管道埋置深度、管道内压、管道壁厚对埋地输气管道安全性的影响,借助有限元软件ABAQUS建立管土非线性相互接触模型模拟断层错动。分析可得,在... 季节性冻土区埋地输气管道在断层作用下的安全性受到诸多因素影响,为研究管道内天然气温度、管道埋置深度、管道内压、管道壁厚对埋地输气管道安全性的影响,借助有限元软件ABAQUS建立管土非线性相互接触模型模拟断层错动。分析可得,在研究的数据范围内:埋地输气管道在断层作用下的最大应力出现在断层附近的管道上,虽然断层两侧管道均有应力集中,但是两侧应力集中分布范围与峰值大小并不相同;提高管道内天然气温度可以降低埋地输气管道在断层错动下的应力,降低埋地输气管道破坏的可能性;浅埋管道能够减小断层作用下埋地输气管道应力,降低埋地输气管道被破坏的可能性;埋地输气管道内压越高,管道应力随断层错动增长的越迅速,发生破坏的可能性越大;埋地输气管道壁越厚,管道应力随断层错动增长的越缓慢,发生破坏的可能性越小。 展开更多

关键词 有限元 断层 埋地输气管道 季节性冻土区

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地下爆炸对埋地输气管道冲击响应的数值分析 被引量：17

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作者 姚安林 赵师平 +2 位作者 么惠全 曾祥国 刘永杰 《西南石油大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2009年第4期168-172,共5页

通过适当选取材料本构关系,运用非线性动力学基本理论和ALE算法,利用LS-DYNA3D有限元程序,对爆炸地冲击作用下引起埋地输气管道的动力响应问题进行了数值模拟分析。通过埋地管道在2组共10个工况下的数值计算分析,拟合了埋地管道响应(包... 通过适当选取材料本构关系,运用非线性动力学基本理论和ALE算法,利用LS-DYNA3D有限元程序,对爆炸地冲击作用下引起埋地输气管道的动力响应问题进行了数值模拟分析。通过埋地管道在2组共10个工况下的数值计算分析,拟合了埋地管道响应(包括速度和动应力)最大值和装药量、爆心与管道中心距离之间的关系。模拟计算结果与经验公式规律十分吻合,表明采用数值模拟方法研究爆炸地冲击对埋地管道的作用是可行的。计算方法为埋地管道在第三方破坏荷载作用下的风险评估提供了一个计算平台,计算结果对埋地输气管道的风险评估和防灾减灾具有重要的参考价值。 展开更多

关键词 爆炸 地冲击 埋地输气管道 数值模拟 ALE算法

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基于试验和数值模拟确定挖掘机具作用下埋地输气管道的动载荷 被引量：14

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作者 姚安林 徐涛龙 +1 位作者 李星 曾祥国 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2014年第17期39-46,共8页

为确定挖掘机具接触埋地输气管道斗尖产生的载荷,分别对液压反铲挖掘机斗尖静载和冲击两种方式作用于输气管道的动静态响应进行了现场测试。基于动态测试数据,采用ADAMS多体动力学软件,结合STEP函数和Script脚本仿真控制技术,将挖掘机... 为确定挖掘机具接触埋地输气管道斗尖产生的载荷,分别对液压反铲挖掘机斗尖静载和冲击两种方式作用于输气管道的动静态响应进行了现场测试。基于动态测试数据,采用ADAMS多体动力学软件,结合STEP函数和Script脚本仿真控制技术,将挖掘机动力传递过程转化为油缸的位移控制和速度控制,获得五齿和单齿接触输气管道极端工况下挖掘机斗尖动载荷时程曲线。最后将载荷时程曲线导入ANSYS/LS-DYNA商业有限元软件中,对管道的动态响应进行了有限元分析,其动态应变响应与现场测试数据吻合较好。试验与计算结果表明:所提出的基于试验和数值模拟相结合确定挖掘机具斗尖载荷的方法是可行的,研究结果可为埋地输气管道在挖掘机具作用导致的机械损伤定量评估提供准确可靠的载荷数据。 展开更多

关键词 挖掘机具 埋地输气管道 动载荷 动态测试 数值模拟

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夯击载荷作用下埋地输气管道的可靠度分析 被引量：10

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作者 徐涛龙 曾祥国 +1 位作者 姚安林 陈华燕 《四川大学学报（工程科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第S2期96-100,共5页

强夯是导致埋地输气管道第三方破坏的主要载荷形式之一。针对西气东输东段管线,将埋深作为随机变量,确定其分布规律。利用LS-DYNA商业有限元软件,基于非线性动力学基本理论和动态算法,在半无限土介质中,通过对动力参数和接触参数的合理... 强夯是导致埋地输气管道第三方破坏的主要载荷形式之一。针对西气东输东段管线,将埋深作为随机变量,确定其分布规律。利用LS-DYNA商业有限元软件,基于非线性动力学基本理论和动态算法,在半无限土介质中,通过对动力参数和接触参数的合理设置,建立了夯锤-土-埋地管道在动力接触条件下的相互作用模型,计算不同埋深下夯击载荷对埋地输气管道的最大应力Sm,确定了Sm的分布规律。最后,由相关文献得到管道强度r的正态分布规律,运用应力-强度干涉模型的可靠度计算方法求得管道可靠度,并与Monte Carlo法的抽样结果进行比较。研究对埋地输气管道第三方破坏的预测预防以及管道的设计、施工具有重要的参考价值。 展开更多

关键词 夯击载荷 埋地输气管道 有限元计算 应力-强度干涉模型 可靠度分析

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下穿隧道爆破地震作用下埋地输气管道的动力响应规律研究 被引量：22

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作者 郑爽英 杨立中 《爆破》 CSCD 北大核心 2015年第4期69-76,109,共9页

以下穿兰成渝输气管道的西安至成都客运专线仙女岩隧道爆破为背景,根据现场实测振动数据,采用LS-DYNA3D方法和掏槽孔爆破的等效药包原理,建立能反映输气管道与其周围土体相互作用的三维动力有限元模型,分析爆破地震波引起的埋地输气管... 以下穿兰成渝输气管道的西安至成都客运专线仙女岩隧道爆破为背景,根据现场实测振动数据,采用LS-DYNA3D方法和掏槽孔爆破的等效药包原理,建立能反映输气管道与其周围土体相互作用的三维动力有限元模型,分析爆破地震波引起的埋地输气管道的动力响应规律,包括不同隧道埋深、管道直径与管道壁厚对管道振动特征及其响应动应力的影响规律。研究结果表明:爆破地震作用将引起埋地输气管道下部压缩、上部拉伸的动力响应;在隧道埋深20 m、掏槽孔总药量为14.4 kg同时起爆的条件下,直径512 mm、壁厚8 mm输气管道的最大轴向压应力和最大轴向拉应力分别是9.57 MPa和7.76 MPa,仅为管道屈服强度的1.99%和1.61%,相应的管道地表振速为15.28 cm/s;爆破地震作用引起的输气管道动应力随着隧道埋深的增加而显著降低,而管道直径的增加或壁厚减小都会引起管道动应力增大;管道上方地表土体的振动速度随着管径的增大而减小,管壁厚度对管道和土体的质点振动速度基本没有影响。 展开更多

关键词 隧道掘进 爆破地震波 埋地输气管道 动力响应 振动速度 动应力

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埋地输气管道安全并行距离分析 被引量：5

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作者 刘向峰 安宇 +1 位作者 董绍华 王来贵 《辽宁工程技术大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2017年第4期396-401,共6页

为研究埋地输气管道泄漏爆炸对并行管道的冲击破坏影响,采用TNT当量模型与数值模拟相结合的方法,分析不同并行间距下管道爆炸对并行管道的冲击破坏效应并进行验证.结果表明:随着并行间距增大,并行管道受爆炸冲击的影响分三个层次:大变... 为研究埋地输气管道泄漏爆炸对并行管道的冲击破坏影响,采用TNT当量模型与数值模拟相结合的方法,分析不同并行间距下管道爆炸对并行管道的冲击破坏效应并进行验证.结果表明:随着并行间距增大,并行管道受爆炸冲击的影响分三个层次:大变形、持续小幅变形、无破坏效应;并行间距S<3 m时,爆炸超压破坏和土壤挤压变形引起并行管道变形,产生破裂失效;并行间距4 m<S<6 m时,主要以土壤形变挤压为表现形式并破裂失效;并行间距S>6 m时,形变应力主要源于土壤粘弹性变形且不出现破裂失效,但S<8 m时并行管道会产生大变形.为保证埋地并行管道的稳定运行,其敷设间距推荐大于8 m. 展开更多

关键词 埋地输气管道 泄漏爆炸 安全并行距离 TNT当量 大变形 失效 AUTODYN

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地震载荷作用下埋地输气管道的数值模拟 被引量：18

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作者 赵新威 曾祥国 +2 位作者 姚安林 张毅 李星 《石油机械》 北大核心 2014年第3期104-109,共6页

为了弄清埋地输气管道在地震载荷作用下的动态失效过程,首先对X80管线钢进行了力学性能测试,获得了弹塑性材料线性强化的本构模型参数。然后基于非线性动力学理论、有限元算法和ANSYS有限元商业软件,建立了土-埋地输气管道在动力接触条... 为了弄清埋地输气管道在地震载荷作用下的动态失效过程,首先对X80管线钢进行了力学性能测试,获得了弹塑性材料线性强化的本构模型参数。然后基于非线性动力学理论、有限元算法和ANSYS有限元商业软件,建立了土-埋地输气管道在动力接触条件下的相互作用模型。载荷采用加速度时程的方法输入天津波,震级为7级,获得了不同壁厚条件下输气管道的动态应力应变响应和带缺陷管道的动态应力强度因子的时程曲线。由X80管线钢的临界应力强度因子,得出了管道极限承载条件下壁厚的下限值以及施加的加速度最大值。提供的方法和数据对埋地输气管道破坏的预防以及管道的抗震设计、施工具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 地震载荷 埋地输气管道 动态响应 X80管线钢 有限元方法

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埋地钢质输气管道动态挖掘响应的试验研究及模拟分析 被引量：8

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作者 徐涛龙 姚安林 +2 位作者 曾祥国 李又绿 李星 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期230-239,共10页

研究在已有工作的基础上,对钢质输气管道在多种挖掘工况下的动态响应展开较全面地分析。将不同工况(驱动力油缸、挖掘高度、挖掘角度、挖掘齿数等)组合设计并实施了21组动静态试验。建立挖掘机-管道-土壤的ADAMS多体动力学模型,根据油... 研究在已有工作的基础上,对钢质输气管道在多种挖掘工况下的动态响应展开较全面地分析。将不同工况(驱动力油缸、挖掘高度、挖掘角度、挖掘齿数等)组合设计并实施了21组动静态试验。建立挖掘机-管道-土壤的ADAMS多体动力学模型,根据油缸压力及位移测试数据,实现STEP函数和脚本(Script)仿真控制,还原典型测试工况并获得动静态挖掘载荷,并由此判断挖掘动载系数。最后,根据模拟提取的动静态载荷,运用ANSYS/LS-DYNA得到管道测点的动静态应变,且与测试结果吻合较好。结合试验及模拟手段对多种挖掘工况下的斗尖动载系数进行了定量识别,研究成果对制定复杂环境下埋地输气管网挖掘破坏防控措施具有一定参考价值。 展开更多

关键词 挖掘机具 埋地输气管道 动态挖掘响应 动载荷系数 数值模拟

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滚石冲击作用下埋地高压输气管道的可靠性分析 被引量：9

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作者 李又绿 徐文彬 +2 位作者 陈华燕 曾祥国 徐涛龙 《中国安全生产科学技术》 CAS 2012年第4期29-33,共5页

地质灾害往往会对高压输气管线造成安全隐患,岩体崩塌引起的滚石冲击是导致埋地输气管道第三方破坏的主要破坏形式之一。通过概率分布求出滚石产生的偶然性载荷对管道的冲击频率,根据可靠性理论,用管线钢自身的强度和撞击产生的工作应力... 地质灾害往往会对高压输气管线造成安全隐患,岩体崩塌引起的滚石冲击是导致埋地输气管道第三方破坏的主要破坏形式之一。通过概率分布求出滚石产生的偶然性载荷对管道的冲击频率,根据可靠性理论,用管线钢自身的强度和撞击产生的工作应力,建立强度应力的安全裕度方程。然后利用LS-DYNA有限元软件,建立滚石冲击管道模型,计算不同条件下埋地输气管道的最大应力Sm,确定Sm的分布规律。最后,根据应力和强度的分布求得管道可靠度指标和失效概率。本研究提供的方法和结论对埋地输气管道的风险评估、管道的设计及施工具有重要的参考价值。 展开更多

关键词 滚石 埋地输气管道 有限元 安全裕度方程 可靠度指标

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隧道爆破地震下输气管道动力响应数值试验 被引量：18

10

作者 郑爽英 杨立中 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第2期264-271,共8页

为合理确定爆破地震作用下埋地输气管道安全振动控制标准,明确管道运行参数对其动力响应的影响规律.以下穿既有输气管道的隧道爆破工程为背景,基于非线性动力有限元模拟方法和正交试验原理进行输气管道动力响应数值试验,按照极差分析方... 为合理确定爆破地震作用下埋地输气管道安全振动控制标准,明确管道运行参数对其动力响应的影响规律.以下穿既有输气管道的隧道爆破工程为背景,基于非线性动力有限元模拟方法和正交试验原理进行输气管道动力响应数值试验,按照极差分析方法确定埋地管道直径、厚度、管道埋深、管道与隧道净距、运行内压等5个因素对管道应力与振速响应特征的影响次序.研究结果表明:管道最大主应力峰值主要受管道内压、壁厚影响,并与管道内压呈明显的线性关系;爆破地震作用下运行内压为7 MPa管道的最大主应力峰值为290.73 MPa,其最大拉应变为0.001 4,小于管材的极限弹性应变0.002 3;输气管道的动力响应特征主要与管道的结构有关,爆破地震引起的管道动应力小于管道容许应力的6%;输气管道的最大动应力可采用空管的动态最大主应力峰值与其有压时的静态主应力的叠加值估算. 展开更多

关键词 隧道掘进 爆破地震波 埋地输气管道 正交数值试验 动力响应 运行内压

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高落差埋地X80含腐蚀缺陷管道地震响应研究 被引量：5

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作者 伍颖 李都 陈朗 《石油机械》 北大核心 2023年第4期144-154,共11页

由于我国西南地区山脉连绵,存在大量高落差埋地输气管道,并且随着服役年限延长也会出现不同程度的腐蚀。同时山区高落差埋地含腐蚀管道在地震作用下受力复杂,而目前难以通过实地监测或者在试验中完成其地震响应研究。为此,基于西南地区... 由于我国西南地区山脉连绵,存在大量高落差埋地输气管道,并且随着服役年限延长也会出现不同程度的腐蚀。同时山区高落差埋地含腐蚀管道在地震作用下受力复杂,而目前难以通过实地监测或者在试验中完成其地震响应研究。为此,基于西南地区某一典型高落差埋地X80管道的实际工况,建立了地震作用下高落差埋地含腐蚀X80管道有限元模型,探讨了腐蚀深度、腐蚀宽度和腐蚀长度对高落差埋地含腐蚀管道地震动力响应的影响规律。研究结果表明:在地震波和内压的加载下,腐蚀深度的增加会使最大等效应力呈线性向上增加趋势,而内压和敷设角度会影响管道发生腐蚀后的初始应力值;最大等效应力随腐蚀长度的增大而增大,当敷设角度为60°时,腐蚀长度超过0.3D(D为管道外径)后,敷设角度对管道最大等效应力的影响超过了腐蚀长度;最大等效应力随腐蚀宽度的增大而减小;通过参数敏感性分析得出,腐蚀深度对地震作用下高落差埋地管道最大等效应力影响最大(占比为0.71),其次为腐蚀长度(占比为0.27),腐蚀宽度影响最小(占比为0.02)。在天然气管道设计和施工阶段,应避免敷设角度大于45°,对于在役管段出现腐蚀处应重点监测其腐蚀深度。所得结论可为山区长输管道的设计、运营安全和工程管理提供参考。 展开更多

关键词 埋地输气管道 高落差 腐蚀缺陷 地震响应 有限元

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埋地管道三参量粘弹性边界地震模型及其动力响应研究 被引量：5

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作者 吴静波 杜强 +2 位作者 曾祥国 李伟 赵清龙 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 北大核心 2022年第3期240-250,共11页

目前,地下工程地震模型边界普遍采用刚性边界和两参数粘弹性边界,一方面,刚性边界完全没有考虑边界上的能量交换;另一方面,两参数粘弹性边界采用的Kelvin固体模型无法描述松弛特性,即不能描述岩土完整的蠕变、松弛、回复的粘弹性特性。... 目前,地下工程地震模型边界普遍采用刚性边界和两参数粘弹性边界,一方面,刚性边界完全没有考虑边界上的能量交换;另一方面,两参数粘弹性边界采用的Kelvin固体模型无法描述松弛特性,即不能描述岩土完整的蠕变、松弛、回复的粘弹性特性。首先,从无限域岩土介质中截取土-结构的有限模型,并在截面的边界节点上施加Kelvin-Voigt固体元件,建立三参量粘弹性人工边界,并推导了边界的法向和切向等效参数。然后,利用有限元模拟了Lamb表面源问题和P波斜入射的波动问题,得到的位移数值解与(近似)理论解吻合良好,验证了三参量粘弹性边界的有效性。最后,针对江油地区的抗震设防要求,使用校正后的EI Centro波作为输入载荷,建立埋地输气管道的三参量粘弹性边界地震模型,研究了地震波输入角和管道埋深对管道动态响应的影响,获得了埋地管道关键位置的动力学响应规律。提供的方法和获得的数据对埋地输气管道的抗震设计、施工和安全运营具有参考价值。 展开更多

关键词 地震载荷 埋地输气管道 三参量粘弹性边界 动态响应 数值模拟

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