检索结果-内蒙古大学图书馆

钢管 2025年第1期54卷 81-86页

作者：程向龙侯静昝启飞罗世勇左国锋杨宝齐衡阳华菱钢管有限公司湖南衡阳421001

比较4个海底管道卷管式铺管法用管线管无缝钢管的相关标准规范要求,通过化学成分、机械性能、几何尺寸和表面质量等关键指标的比较,明确了不同标准规范对卷管式铺管法用碳锰管线管无缝钢管的具体要求,发现4个标准规范均对模拟卷管的变... 详细信息

比较4个海底管道卷管式铺管法用管线管无缝钢管的相关标准规范要求,通过化学成分、机械性能、几何尺寸和表面质量等关键指标的比较,明确了不同标准规范对卷管式铺管法用碳锰管线管无缝钢管的具体要求,发现4个标准规范均对模拟卷管的变形提出了应变时效要求,并对应变时效后的钢管性能做出了严格规定,因此如何控制反复弯曲变形后钢管的性能是设计生产卷管式铺管法用无缝钢管的重点。研究为相关无缝钢管产品开发以及实际生产提供了参考。

关键词：无缝钢管管线管海底管道标准卷管式铺管法应变时效

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基于ABAQUS的卷管式铺管法管道变形敏感性分析

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海洋工程 2022年第2期40卷 67-77页

作者：余杨刘泽生余建星韩梦雪胡少谦许伟澎张春迎颜铠阳徐盛博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

卷管式铺管法在海管铺设中的应用愈发广泛,在铺设作业中管道会发生几何非线性变形,导致出现复杂的力学性能变化。针对管道在上卷、退卷过程中的屈服变化过程,通过弹塑性理论进行分析,推导出管道退卷后残余轴向应力的解析解;随后利用有... 详细信息

卷管式铺管法在海管铺设中的应用愈发广泛,在铺设作业中管道会发生几何非线性变形,导致出现复杂的力学性能变化。针对管道在上卷、退卷过程中的屈服变化过程,通过弹塑性理论进行分析,推导出管道退卷后残余轴向应力的解析解;随后利用有限元软件ABAQUS建立模型实例,对比解析解与有限元模型,两者的计算结果基本吻合。基于上述有限元模型,研究上卷时的张力和退卷时的后张力对椭圆度、截面轴向应力和剪切应力的影响,并进行敏感性分析。模拟结果表明张力和后张力变化会影响管道截面的变形程度,退卷后截面上残余的轴向应力远高于剪切应力,并且通过敏感性分析,得到了残余椭圆度、残余应力随张力和后张力变化的规律。研究可为卷管铺设过程中张力和后张力的选择提供参考和借鉴。

关键词：卷管式铺管法弹塑性分析有限元模拟张力后张力椭圆度应力

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卷管式铺管法施工卷盘过程研究

卷管式铺管法施工卷盘过程研究

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作者：邓磊中国海洋大学

学位级别：硕士

在海洋油气资源的开发过程中，海底管道是不可或缺的组成部分。海底管道主要用于对海底石油和天然气的生产和运输。由于海底管道铺设工艺复杂，海洋环境复杂多变，海底管道铺设的难度比陆地铺设要大的多，因此对海底管道铺设的施工工艺... 详细信息

在海洋油气资源的开发过程中，海底管道是不可或缺的组成部分。海底管道主要用于对海底石油和天然气的生产和运输。由于海底管道铺设工艺复杂，海洋环境复杂多变，海底管道铺设的难度比陆地铺设要大的多，因此对海底管道铺设的施工工艺的研究十分重要。目前海底管道的铺设的方法主要有：S型铺管法、J型铺管法、卷管式铺管法和拖拽式铺管法。本文对这几种铺管方法分布进行了介绍，并主要介绍卷管式铺管法的相关内容。卷管式铺管法是20世纪末开始发展起来的一种海洋铺管方法。这种方法的铺管效率高，费用相对较低，已经在许多国家得到应用。本文主要介绍卷管式铺管法的施工过程，并针对铺管过程中管道上卷这一过程进行分析研究。在一定的假设和简化的基础上，对管道在上卷过程中的受力进行了理论分析计算。并结合有限元方法，运用Abaqus有限元分析软件，建立管道上卷的模型，并对管道上卷的受力模型进行分析和计算，为工程施工提供理论依据和参考。本文的主要研究内容有以下几方面：（1）文章对几种海底管道的铺设方法及各自的特点进行了介绍。并重点对卷管式铺管法的施工流程进行介绍，提出了为确保施工顺利进行的注意事项，为施工过程的项目管理提供参考。（2）针对管道上卷的过程，对管道的受力进行了详细的分析研究。用理论计算的方法，对管道在弹性阶段内的弯曲进行受力分析。分析管道在弹性阶段内能够达到的最大弯矩程度，为塑性分析提供理论基础。（3）对管道在纯弯曲的状态下进行分析研究。按照是否考虑材料的强化，通过理论计算和有限元分析，计算管道的受力状态。找出了弯矩和曲率之间的关系。（4）根据实际工程情况，管道上卷过程受到轴向力和弯矩的共同作用。通过运用理论计算和有限元分析相结合的方法，对管道在受到拉弯共同作用下的应力和变形状态进行分析。为工程施工过程中施加轴力和弯矩，选取合适的圆盘提供参考。

关键词：卷管式铺管法施工流程拉弯组合有限元分析

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深海管道焊接接头的循环塑性变形行为及氢脆机理研究

深海管道焊接接头的循环塑性变形行为及氢脆机理研究

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作者：姜圆博天津大学

学位级别：博士

卷管式铺管法作为一种新型的深海油气管道铺设方式,具有经济、安全、高效等显著优势。然而,这种铺管方法因其技术特点会导致管线钢及其环焊缝接头在铺设过程中经历多次反复的塑性变形,可能会损害整个管线系统的结构完整性,并威胁其在富... 详细信息

卷管式铺管法作为一种新型的深海油气管道铺设方式,具有经济、安全、高效等显著优势。然而,这种铺管方法因其技术特点会导致管线钢及其环焊缝接头在铺设过程中经历多次反复的塑性变形,可能会损害整个管线系统的结构完整性,并威胁其在富氢环境的服役安全性。因此,开展管道卷绕铺设关键技术研究,可以为卷管式铺管法在国内的实际应用提供理论支撑,同时对打破国外技术垄断,提升我国海洋工程装备水平具有重要意义。本课题首先针对X60管线钢及其焊接接头在卷绕铺设期间的循环塑性变形行为进行研究,利用多次反复拉伸-压缩实验来模拟管道实际的卷绕历程,并对不同变形阶段的微观组织进行表征。结果表明,受包申格效应影响,第1次循环塑性变形过程中的压缩屈服强度比拉伸屈服强度降低110 MPa左右。随循环次数增加,小角度晶界比例有所下降,位错组态从随机分布的可动位错逐渐演变成位错墙/胞。拉伸和压缩屈服强度趋于稳定,这是包申格效应和位错强化效应相互竞争的结果。循环塑性变形不影响材料的抗拉强度,但使屈强比降低。受焊接热循环作用,高强匹配的X60管道焊接接头中存在软化现象,软化区位于临界热影响区和部分细晶热影响区。由数字图像相关技术获得的应变云图显示软化区是焊接接头中应变集中最严重的区域,局部应变达到3.9%,远超3%的名义应变量。随名义应变量的增加,焊接接头软化区的应变梯度和几何必需位错密度相应增加。焊接接头的拉伸断裂位置是在临近软化区的母材,这是由软化区较高的加工硬化率、V型焊接坡口和“硬-软-硬”夹层结构产生的拘束效应共同作用的结果。对不同强度匹配焊接接头在循环塑性变形期间的Mises应力和应变分布进行了有限元分析,发现等强匹配的X65管线钢焊接接头在循环变形期间的应变较低,在微区的残余应变分布也更加均匀,表明等强匹配的焊接接头更适用于卷管式铺管法。进一步地,本研究针对循环塑性变形后等强匹配的X65管道焊接接头在富氢环境服役时面临的氢脆问题,采用电化学充氢和氢渗透试验对焊接接头的表面氢损伤情况以及各微区的氢扩散动力学进行了全面、系统、深入的研究。3%名义应变的循环塑性变形诱导形成的位错墙/胞除了能够捕获扩散氢外,还可以使其均匀分布,避免局部过度富集,因而降低了焊接接头的氢脆敏感性。焊接接头的氢扩散系数从循环塑性变形前的2.63×10cm/s降至变形后的1.36×10cm/s,这是由于作为氢陷阱的位错密度增加,限制了氢的扩散。焊接接头不同微区的氢脆敏感性由高到低的顺序依次为热影响区、母材和焊缝。基于预充氢拉伸的焊接接头氢脆敏感性实验结果表明,循环塑性变形增强了可逆陷阱对氢的捕获作用,使焊接接头的氢致塑性损失程度小于原始接头。由热解析谱计算得到位错墙/胞与氢的结合能为31.22 k J/mol,因此它们属于可逆氢陷阱中的强陷阱。循环预变形量越大,焊接接头的氢致塑性损失程度越严重。管道焊接接头在深海长期服役时会面临时效问题。应变时效会导致作为可逆氢陷阱的空位和位错数量减少,相应的氢浓度就会从时效前的1.57 wppm减少到时效后的1.12 wppm。虽然氢浓度降低,但是焊接接头的氢致塑性损失更加严重。时效引起C原子从基体析出并在位错附近偏聚形成Cottrell气团,同时使高度缠结的位错松弛,破坏了原来位错墙/胞的均匀分布状态,这是应变时效使材料的抗氢脆性能恶化的根本原因。

关键词：卷管式铺管法管线钢焊接接头循环塑性变形氢脆

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基于卷管铺设的管道失效机理研究及应用

基于卷管铺设的管道失效机理研究及应用

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作者：刘泽生天津大学

学位级别：硕士

在海洋油气资源的开发过程中,将海底油气输送至陆地是其中的重要选项,卷管式铺管法以其更高的铺设效率和更低的铺设费用而备受重视。以卷管式铺管法铺设的海底油气管道上卷、退卷流程会出现复杂的力学变化,导致其在退卷后存在无法避免... 详细信息

在海洋油气资源的开发过程中,将海底油气输送至陆地是其中的重要选项,卷管式铺管法以其更高的铺设效率和更低的铺设费用而备受重视。以卷管式铺管法铺设的海底油气管道上卷、退卷流程会出现复杂的力学变化,导致其在退卷后存在无法避免的损伤和残余应力应变,因此,明确管道在退卷离开卷筒后的损伤情况,以及受损伤后管道的压溃压力的变化,对于卷管式铺管法的工程实际应用具有重要意义。本文研究海洋油气输送管道的卷管铺设损伤机理,分析其退卷离开卷筒后的工程实际问题:明确卷管式铺管法的铺设流程,并对管道上卷阶段展开力学分析,确定了这一阶段管道的弹塑性变化,并结合弹塑性力学原理,研究了管道上卷的弯矩和应力变化、退卷后截面残余应力随轴向力变化的规律,确定了轴向力对管道截面应力的影响规律。以卷管式铺管船Apache II的数据为例,创建管道上卷、退卷流程的数值模拟模型,并对管道轴向张力进行敏感性分析。得到在上卷、退卷流程中,管道截面上的椭圆度、轴向应力、剪切应力的变化历程,并将结果中轴向张力对管道截面上的应力影响规律,与弹塑形力学分析结果进行对比验证。分析结果中管道退卷后的截面,其残余剪切应变远小于轴向应变,因此,分析无缺陷管道、含残余轴向应变、含残余椭圆度,以及两者同时存在的管道、退卷后管道的压溃压力,确定了各因素对管道极限承载力的影响,以及退卷后管道压溃压力的变化规律。研究残余轴向应变对无缺陷管道、含残余椭圆度缺陷管道压溃压力的影响规律,并对上卷、退卷流程后管道的径厚比、外径和材料属性、管道上卷时的张力和退卷时的后张力展开敏感性分析,确定了不同因素对管道压溃压力的影响规律。经过工程实例计算,验证了本文方法的有效性和适用性。

关键词：卷管式铺管法弹塑性分析数值仿真残余应力应变椭圆度压溃压力敏感性分析

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深水卷管铺设过程中管道的关键力学问题研究

深水卷管铺设过程中管道的关键力学问题研究

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作者：王彦辉大连理工大学

学位级别：硕士

随着浅海油气资源的日益枯竭,海洋油气开采逐渐由浅海向深海前进。而海底油气的运输主要依靠海底管道,因此,如何将陆地上的管道安全铺设到海底是一个具有挑战性的工作。当前,卷管式铺管法作为深海管道铺设的主要方法之一,由于铺设效率... 详细信息

随着浅海油气资源的日益枯竭,海洋油气开采逐渐由浅海向深海前进。而海底油气的运输主要依靠海底管道,因此,如何将陆地上的管道安全铺设到海底是一个具有挑战性的工作。当前,卷管式铺管法作为深海管道铺设的主要方法之一,由于铺设效率高、铺设费用低,所以在世界范围内得到广泛应用。但是,在卷管铺设过程中,管道发生数次的弯曲变形,同时使管道发生大塑性变形,卸载后管道留有很大的残余椭圆度和残余应力,进而严重降低管道的屈曲压力和疲劳寿命。因此,研究卷管铺设中管道的塑性变形过程,及其对管道的临界屈曲压力和疲劳寿命的削减程度是非常重要的。首先,利用有限元软件ABAQUS建立更加符合实际工况的卷管铺设的有限元模型,并对管道进行了卷管铺设过程的动态仿真分析,研究了管道在卷管铺设过程中管道的轴向应力应变历史、应力-应变关系以及管道的弯曲曲率、截面椭圆度历史,并且验证了模型的准确性。其次,通过对多种不同工况进行数值模拟,然后进行参数敏感性分析,研究了不同的管道外径、径厚比、钢材级别对管道椭圆度损伤的影响。然后,把卷管铺设后带有椭圆度损伤的管道作为初始模型,在外压载荷下进行非线性屈曲分析,计算出带残余椭圆率管道的临界屈曲压力,并且和完好管道的塑性屈曲理论值进行对比。最后,把卷管铺设后带有残余应力的一段管道作为海底悬跨管道,计算其发生涡激振动时管道的应力时程,得到管道的应力幅值和平均应力,然后基于线性累积损伤理论和修正的S-N曲线计算悬跨管道的疲劳寿命,研究了残余应力对管道疲劳寿命的削减程度。

关键词：卷管式铺管法塑性变形椭圆度屈曲压力疲劳寿命

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铺管船卷轴系统的力学分析和关键履带系统的结构设计

铺管船卷轴系统的力学分析和关键履带系统的结构设计

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作者：费莹莹哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

海洋石油资源的开发是世界一大热点问题，海底管道的铺设则是该领域发展必不可少的项目之一。作为20世纪末兴起的一种新型铺管方法，卷管式铺管法以其相对较高的铺设效率和较低的铺设费用而备受重视，如今已在世界范围内得到广泛的应用... 详细信息

海洋石油资源的开发是世界一大热点问题，海底管道的铺设则是该领域发展必不可少的项目之一。作为20世纪末兴起的一种新型铺管方法，卷管式铺管法以其相对较高的铺设效率和较低的铺设费用而备受重视，如今已在世界范围内得到广泛的应用。铺管船卷轴系统是卷管式铺管法的重要设备，国内关于其核心技术的研究在世界上仍处于滞后水平。本文将以铺管船卷轴系统为研究对象进行以下工作：本文将对海底管道铺设的发展历史和现状进行研究，对现有的各种铺管方法进行简要的分析对比，并对当今海洋管道铺设领域内拥有前沿技术的制造商所生产的铺管船进行简单的介绍和研究分析，从而为本课题的后续研究提供了一定的事实参照依据。根据对国外现有的卷管式铺管船的研究和分析，本文将确立了卷轴系统的主要组成部分。并通过对卷管式铺管法铺设海底管道过程的研究，确定卷轴系统的工作原理和工作过程。结合本文对卷轴系统的研究需要，拟定卷轴系统简化模型的总体方案，并依据该方案建立该简化系统的三维模型。本文将对海底管道的材质及力学性能进行研究分析，并以卷轴系统的简化模型为基础，进一步研究分析管道在卷轴系统中的力学状态。通过对该系统中力学状态的分析计算，获得相应的力学数据，从而得出卷轴系统中关键履带系统的初始设计参数。结合铺管过程中的实际需要和机械行业内的相关设计标准，本文将按照计算所得设计参数对卷轴系统中关键履带系统进行整体的结构设计，并对关键部位进行强度的分析校核。

关键词：卷管式铺管法卷轴系统力学分析履带系统结构设计

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海底管道铺设技术研究进展

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中国海洋平台 2010年第5期25卷 5-10页

作者：党学博龚顺风金伟良李志刚赵冬岩何宁中国石化石油勘探开发研究院北京100083 浙江大学结构工程研究所杭州310058 海洋石油工程股份有限公司天津300452

为解决深海油气资源开发众多技术难题,对国内外学者在海底管道铺设技术方面的研究进行了总结。在此基础上指出了今后的研究方向,如多种计算方法的综合运用、管道动力分析、管道屈曲传播和整个铺管过程的实时监测等。

关键词：海底管道拖航法 S型铺管法 J型铺管法卷管式铺管法

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海底管道新型铺管方法 ——卷管法的施工技术研究

海底管道新型铺管方法 ——卷管法的施工技术研究

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作者：叶玮浙江大学

学位级别：硕士

卷管法是20世纪末开始发展起来的一种新型的铺管方法,铺管效率高、费用低,已在美国等国家得到应用。本文以卷管法这一新型的铺管方法为主要研究对象,在一定的假设和简化的基础上,对管道在铺管过程中主要遇到的纯弯、拉弯、压弯、径向压... 详细信息

卷管法是20世纪末开始发展起来的一种新型的铺管方法,铺管效率高、费用低,已在美国等国家得到应用。本文以卷管法这一新型的铺管方法为主要研究对象,在一定的假设和简化的基础上,对管道在铺管过程中主要遇到的纯弯、拉弯、压弯、径向压力等受力模型进行了解析几何方面的研究和探讨,并结合有限元方法对上述受力模型进行分析和计算,为管道在承受上式作用力时提供理论依据和参考价值。本文的主要研究成果概述为以下几个方面: (1)对管道环形截面在纯弯矩作用下进行弹塑性分析,确定了管道的最大弹性弯矩和塑性极限弯矩,并根据两者的关系确定了管道的截面形状系数。分别按不考虑材料强化以及考虑材料强化两种情况计算不同弹塑性状态下的弯矩值,建立了管道环形截面在纯弯矩作用下弯矩和曲率之间的关系。建立了管道的纯弯有限元模型,分别以考虑材料的强化和不考虑材料的强化进行了纯弯有限元分析。分析结果表明,解析计算和有限元计算的结果大体上是吻合的。 (2)对管道环形截面在拉弯作用下进行弹塑性分析,根据三种不同类型的应力分布分别计算了无量纲轴力n和无量纲弯矩m同无量纲参数γ和δ之间的关系,并且根据计算结果给出了具体的数值模拟图形。这一系列计算公式不仅适用于管道截面,也适用于任何环形截面,为在环形截面应力分布已知的状态下计算管道的无量纲轴力n和无量纲弯矩m提供了依据。建立了管道的拉弯有限元模型,分别按不同的n值和m值的组合对管道施加荷载进行有限元分析,根据分析结果得到了管道的无量纲曲率φ与n值和m值的相关关系表。 (3)对管道在压弯作用下进行弹塑性分析,通过对该过程进行简化建立了管道的压弯模型并以此模型为基础分别按弹性变形和塑性变形两个阶段计算了弹性极限压力和塑性极限压力两个作用力。建立了管道的压弯有限元模型,通过施加不同的压力对管道进行有限元分析,弹性极限弯矩的解析计算和有限元计算的结果相差7%左右,管道在压力达到200kN左右时达到塑性极限状态。 (4)对管道环形截面在轴向拉力和环形均匀径向压力组合作用下的应力状态进行了分析,确定管道在弹性阶段和塑性阶段沿管道截面的应力分布以及管道的弹性极限状态径向压力和塑性极限状态径向压力。

关键词：卷管式铺管法塑性成形非线性纯弯拉弯压弯径向压力解析几何有限元弹塑性分析

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