海底管道的动力分析与损伤检测技术研究

来源 :中国海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chungkhoan2002
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本文采用理论分析和数值模拟方法,对海底管线进行了动力分析,总结了海底管线损伤类型与各种检测方法,并用有限元法对管线的漏磁检测进行了数值模拟。 首先以胜利埕岛油田的海底管线为例,进行了受力分析和动力响应分析。建立了海底输油管线在外载荷作用下的振动微分方程,利用有限元方法建立海底悬跨管道模型,然后对其进行了模态分析,进行浪致振动分析,并进行海底管线海流引起的顺流向振动分析。结果认为,当出现掏空现象时,由于水平管段的悬空,于是在波浪荷载作用下,振动引起弯管处及弯管处管卡的应力最大,在循环应力作用下,管线的疲劳寿命容易降低。考虑腐蚀或焊接缺陷等因素,则立管根部的焊缝是疲劳损伤或脆性开裂的薄弱环节。 其次,分析了海底管线损伤的原因和损伤的类型,论述了各种管外损伤检测方法、管内损伤检测方法、腐蚀损伤检测方法的基本原理和优缺点,介绍了相关规范对管线损伤检测的有关规定。按照成因可以将管线的损伤划分为三大类,即腐蚀损伤,机械损伤和焊接损伤;在各种损伤检测方法中,磁通检测爬行器能被用于各种类型的管道,因为传感器和管道壁之间不需要耦合介质,但只能精确的给出金属损失超过管道壁厚20%的腐蚀量:超声波爬行器比高分辨率的漏磁检测爬行器价格高,但比其敏感性高,最小能够检测到腐蚀量为管道壁厚10%的腐蚀和腐蚀增量为1%-2%的金属损耗,但仅限于用在输送液体的管道上。另外,介绍了ASME、API、DNV等规范对损伤检测的规定和检测方法,为制定损伤检测标准提供参考。 最后,对漏磁检测进行了数值模拟。分析了漏磁检测的理论模型,并利用大型有限元软件ANSYS建立了有限元计算模型。模拟损伤发生时的漏磁信号,与没有发生任何损伤时的检测信号进行对比。通过对不同尺寸的损伤进行漏磁检测模拟,可以得出,漏磁信号的峰峰值与缺陷深度呈近线性关系,缺陷越深,则漏磁信号越强。漏磁信号的峰峰值随着缺陷长度增加而降低,但降低的幅值并不很明显。漏磁信号的峰峰值随着缺陷长度增加而降低,但降低的幅值并不很明显。还针对噪声存在下的漏磁检测信号进行了研究。
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