吴锴
- 作品数：10 被引量：76H指数：6
- 供职机构：中国石油大学（北京）机械与储运工程学院更多>>
- 发文基金：中国石油天然气集团公司科技项目中国石油大学(北京)科研基金国家自然科学基金更多>>
- 相关领域：石油与天然气工程环境科学与工程更多>>
- 断层作用下埋地管道应变分析方法研究进展被引量：26
- 2016年
- 断层是埋地管道在强震区的主要威胁,管道在断层作用下将产生较大的拉压应变而失效。通过调研国内外断层作用下埋地管道应变分析的相关研究,分别从解析分析、数值模拟、试验研究3个方面论述了国内外的研究进展,尤其是近年来国外在试验研究方面的突破。通过对比分析评述了目前的研究趋势,指出了国内外对于断层作用下管道应变分析研究的差距。结合工程实际需求,提出了断层作用下管道应变研究方法的不足和今后的发展方向。
- 刘啸奔张宏李勐李勐郑伟
- 关键词：埋地管道断层
- 地质灾害段管道结构安全数字孪生机理模型被引量：8
- 2021年
- 地质灾害是危害油气管道运行安全的主要因素之一,但受设备检测精度及检测数据离散性等因素限制,仅通过单一的监测检测技术无法定量分析管道的安全情况,亟需融合多源监测检测技术开展管道结构安全数字孪生机理模型研究,实现地质灾害段管道安全状态的智能感知与预测。提出地质灾害段管道结构安全数字孪生机理模型的构建流程,通过建立参数化的地质灾害段管道有限元模型,结合影响管道应力应变分布的可变参数范围,建立了管道应力应变数据库,利用BP神经网络拟合了可变参数与管道应力应变状态的高度非线性关系。结合管道真实应力应变监测数据,采用粒子群优化算法,建立了准确反演管道沿线真实应力应变分布的机理模型,并通过实例应用,验证了模型的准确性。研究成果可用于地质灾害段管道的定量安全评价,并可为管道数字孪生体的构建提供内核支撑。(图8,表1,参20)
- 张宏季蓓蕾刘燊吴锴张东施宁刘啸奔
- 关键词：数值反演定量安全评价
- 走滑断层作用下X80管道设计应变规律和神经网络预测被引量：6
- 2018年
- 走滑断层是埋地管道常见的地质灾害威胁,断层作用下管道会发生较大的拉压应变而失效。为得到X80管道的设计应变,基于有限元方法建立了走滑断层作用下管道的应变响应数值计算模型,模型使用壳单元模拟管道,非线性弹簧单元模拟土壤约束,采用西二线实际工程的管道应变影响参数范围,计算了管道的设计应变;为预测管道的设计应变值,基于以上参数化分析得到的4 817组设计应变结果,采用人工神经网络建立了管道设计应变预测模型。结果表明:该神经网络模型预测结果的最大相对误差小于10%,预测准确性良好,且该方法具有较高的计算效率,可以为断层作用下埋地管道的应变设计与评估提供参考。
- 郑倩张宏张克政刘啸奔夏梦莹吴锴王宝栋
- 关键词：走滑断层有限元方法BP神经网络
- 断层作用下管道受压时数值模型适用性分析被引量：3
- 2018年
- 管道在穿越断层时的受力分析较为复杂,处于受压的情况下更常见,工程上对管道的设计都是基于应变的结果。现有的有限元分析模型众多,针对走滑断层及逆断层两种工况,对使用管单元、梁壳耦合、等效弹簧边界和固定边界壳单元模型得到的计算结果进行了对比分析,从结果差异性、计算效率两方面分别讨论各个模型的优缺点。得到如下结论:管单元模型的计算效率最高,在计算管道轴向最大应变时得到的结果也较为准确,适合大批量计算;梁壳耦合及等效弹簧边界这两种对边界应力的简化模型在计算结果上与固定边界壳单元模型吻合较好,计算效率与固定边界模型相比也有较大提高,适合断层位错量较小时的应变计算。
- 吴锴张宏
- 关键词：断层受压有限元
- N80油管接箍螺纹联接的应力分析与失效评估被引量：8
- 2017年
- 油管与接箍的螺纹联接部分是保证油管正常工作的关键纽带。基于弹塑性力学理论,利用ABAQUS有限元软件建立了N80油管接箍的轴对称模型,对油管接箍的上扣过程进行了数值模拟,并结合实际工况分析了不同井深条件下油管接箍螺纹的应力状况,得到了油管与接箍螺纹的失效特征。结果表明:上扣过程中油管和接箍螺纹的Mises应力呈两端高中间低的形式分布,过盈上扣3圈时接箍两端的螺纹已经进入塑性状态;实际工况下,油管螺纹的Mises应力随着井深的增加呈下降趋势,井口处油管两端的螺纹已经超过屈服强度,而接箍螺纹的Mises应力随着井深的增加而增大,3 000 m井深时接箍两端的螺纹均已进入塑性状态,易发生粘扣而导致密封失效。
- 王宝栋段庆全刘啸奔于洋吴锴
- 关键词：接箍应力分布
- 走滑断层位移作用下X80天然气管道的管沟合理尺寸分析被引量：3
- 2017年
- 活动断层是埋地长输管道安全运行面临的主要威胁,走滑断层是常见的1种断层形式,走滑断层错动下管道会产生较大的轴向应变而引发失效。采用松散颗粒状的松砂土进行管沟回填是穿越断层埋地管道主要的抗震措施之一。为得到经济有效、适用工程的管沟尺寸,基于非线性有限元方法建立了准确的考虑管沟回填的管道穿越走滑断层数值模型,使用壳单元和实体单元模型来模拟管道和土壤,采用面与面接触算法准确描述管土接触;通过参数化计算,分析了管沟的几何尺寸对管道应变的影响,并基于经济性原则给出了管沟尺寸的建议值。结果表明:管沟坡度是影响管道应变的主要因素,工程中建设管沟时建议其管沟坡度小于1,且管道尽量浅埋,对于管沟加宽裕量可不做特殊处理。研究结果可为埋地管道的抗震设计提供参考,为管道的安全运营提供保障。
- 吴锴张宏刘啸奔刘建武房茂立王宝栋郑伟
- 关键词：埋地管线走滑断层
- 焊接材料强度对高钢级管道环焊缝应变能力的影响被引量：8
- 2022年
- 为了评价母材、根焊材料、填充焊材料的强度对X80管道环焊缝应变能力的影响,采用非线性有限元方法,以中俄东线直径1 422 mm、壁厚21.4 mm的高纲级管道为研究对象,考虑焊接接头完整几何形貌与性质有明显差异的4种材料分区,采用钥匙孔(Key Hole)模型准确模拟裂纹张开过程中裂纹尖端的钝化行为,研究了拉伸载荷作用下根焊内表面周向裂纹的起裂行为。计算结果表明:对于双V形坡口焊接接头,根焊材料强度对焊接接头整体应变能力影响很小,可以忽略不计;填充焊材料与母材强度的高强匹配对保证焊缝区应变能力最为重要,在难以提高填充焊材料强度的情况下,限定母材的强度指标是提高高钢级管道焊接接头应变能力的有效方法。(图7,表1,参25)
- 杨悦张宏刘啸奔吴锴隋永莉杨叠
- 关键词：环焊缝有限元
- 海底管道后挖沟过程的应力解析分析方法被引量：2
- 2017年
- 海底管道在后挖沟过程中会产生较大的变形,此时管道内产生较大的应力,对管道安全的运行形成威胁。因此准确给出挖沟过程中管道应力计算方法具有重要意义。基于弹性梁理论,给出了挖沟过程中管道挠曲线微分方程,通过边界条件与协调方程,给出了考虑几何非线性的挖沟过程中管道应力与变形解析计算方法。通过与有限元数值模型对比得到本解析方法结果与数值方法结果基本一致,可以用于工程中海底管道的应力计算。
- 夏梦莹张宏吴锴吴经天
- 关键词：海底管道应力
- 第三方挖掘作用下PE燃气管道失效行为研究被引量：14
- 2017年
- 针对挖掘破坏导致的城镇燃气管道失效,开展了挖掘作用下管道力学失效机理分析。考虑管土接触作用,建立了城镇燃气PE管道在挖掘齿作用下的三维力学响应分析模型,分析了典型工况下管道的失效过程,讨论了基于应力准则与基于应变准则等2种失效准则的适用性,并开展了影响因素分析。结果表明:机械齿作用下管道主要失效位置为机械齿与管道接触位置两端;采用基于应变的失效准则可以更好地利用PE管材的塑性性能;机械齿的作用位置对管道力学响应影响较小;管径和壁厚的增大能减小管道内的应力,同时能够减小管道的截面椭圆度;内压的改变对管道的力学响应几乎没有影响。以上结果可为城镇燃气管道的力学失效分析与安全评价提供一定的参考。
- 李军张宏张宏吴锴顾晓婷夏梦莹
- 关键词：PE燃气管道有限元分析
- 逆断层作用下X80埋地管道的非线性屈曲分析被引量：6
- 2017年
- 埋地高强钢管道是油气长距离输送的主要方式,而地震造成的断层位移错动严重威胁管道的安全运行。建立了埋地X80高强钢管道在逆断层作用下的有限元模型,采用弯管与管单元模拟管道,非线性土弹簧模拟管土相互作用。考虑了管材、管土、几何大变形造成的非线性,模型采用非线性稳定算法,保证了求解的收敛性。依据西气东输二线工程参数,详细分析了逆断层作用下管道的两种屈曲失效形式,即梁式整体屈曲失效与壳式局部失稳失效。同时,讨论了断层倾角、管道壁厚及埋深对管道屈曲失效形式的影响。研究成果对穿越断层管道的设计与安全评价有一定的指导意义。
- 刘啸奔张宏吴锴
- 关键词：逆断层非线性有限元
