Simulation of a buried pipeline crossing strike-slip fault based on Vector Form Intrinsic Finite Element (VFIFE) method with fiber element model

The buried pipeline subjected to strike-slip fault would experience large deformation and cause tensile rupture or shear failure of the pipe wall. In order to investigate the mechanism of potential failure position (PFP) of a pipeline, a numerical approach based on the Vector Form Intrinsic Finite Element (VFIFE) method with fiber beam element model (VFIFE-fiber model) is developed. Several key factors, such as geometrical nonlinearity, material nonlinearity, and the interaction between axial force and bending moment are considered. A simple and practicable formula for obtaining the PFP of a pipeline is proposed. © Copyright 2016 by the International Society of Offshore and Polar Engineers (ISOPE)

Using of the vector form intrinsic finite element method in safety study of long-distance oil and gas pipelines

长输油气管道是油气输送的主要方式之一，其安全不仅关系到民众的生产生活，同时也是国家能源战略的要求。基于向量式有限元方法，本文围绕崎岖底床长输海管和穿越断层埋地管道的若干问题进行了系统研究，主要内容如下。 1.开发了向量式有限元长输油气管道快速力学分析模型。模型利用了向量式有限元方法在处理接触、几何非线性、材料非线性、大位移问题和并行计算等方面的优势；在不同情况下引入不同的管土耦合模型，提出了适用于向量式有限元的管土动态接触算法；结合梁壳耦合算法和MPI并行技术，从减小计算量和增加计算效率两方面提高了长输管道力学分析速度。 2.悬跨海管管土耦合作用研究。证实了本文管土动态接触算法的正确性；引入反映底床刚度和海管张力的无量纲数，修正了挪威船级社（DET NORSKE VERITAS，简称DNV）规范中的静态弯矩公式，扩大了公式的适用范围。该研究可为悬跨海管设计和安全评价提供参考依据。 3.崎岖底床管道竖向屈曲临界力研究。考虑三种底床形状，证实了初始应力管道和无初始应力管道竖向屈曲临界力的差异；基于量纲分析和大量数值结果，拟合得到了三种崎岖形状时无初始应力管道和初始应力管道的屈曲临界力公式；证实了公式对不同管道的适用性；确定了拟合公式的无量纲适用范围和相对误差。该研究可直接用于崎岖底床高温高压管道设计。 4.在役悬跨海管整体屈曲研究。对我国南海北部湾一段在役海管进行了不平整度分析，在此基础上讨论了危险悬跨和开挖治理效果；不平整度分析之后，模拟了该管道在高温内流作用下的整体屈曲行为，证实并研究了悬跨段海管变形和底床凸起处海管屈曲（竖向屈曲和侧向屈曲）间的耦合作用。 5.穿越断层长输埋地管道安全研究。采用梁壳耦合算法，研究了不同形式断层作用下管道的整体响应，与前人结果进行了广泛对比，证实本文梁壳耦合算法具有与壳单元相同的计算精度。在此基础上，重点研究了以逆断层为代表的地位移作用下管道整体力学行为和局部破坏模式；讨论了穿越断层角度、断层倾角、内流压力和温度的影响，得到了不同情况下最大允许断层位移和管道破坏临界条件。该工作可为穿越断层长输埋地管道设计、运维和治理提供依据

考虑管-土耦合作用的悬跨海管响应分析软件

 登记证号：2014SR152954 海底管道在海洋油气资源输运过程中的作用越来越突出。在海管服役过程中，底床崎岖或冲刷会造成海管悬跨。悬跨海管分析需要考虑外部流体、内部流体及底床土体的作用，是一个复杂的流-管-土耦合过程。本软件为一套悬跨海管静态及动态分析软件。软件考虑了： 1.重力及铺设过程的影响；2.海管的几何非线性、大长细比时的柔性及大位移变形；3.管-土耦合过程；5.内部流体压力及温度的影响。基于此软件，可对悬跨海管进行静态及动态分析并对悬跨安全级别进行评估。软件可同时给出DNV结果，代使用者进行参照比对。该软件界面友好，使用方便，参数调节便捷，可计算不同工况，后处理显示准确直观；可以准确评价海底管道悬跨段的受力状态及安全等级，也可为海管设计工作提供参考和依据

滑坡带埋地管道力学分析软件

登记证号：2014SR152951 滑坡是影响管道完整性的重要因素之一。本软件考虑了管土之间相互作用的非线性特征及管道大变形、大位移状态下的结构非线性，结合埋地管道的实际工况环境，建立滑坡体-管道非线性动力学分析模型。该模型可以方便和准确地模拟埋地管道与土壤的相互作用以及管道不同工况和不同边界条件下的应力和变形。该软件界面友好，使用方便，参数调节便捷，可以快速计算不同荷载工况；后处理显示准确直观；可以准确评价管道在不同滑坡体荷载作用下的受力状态和安全等级；可为管道运行维护提供参考和依据。 <br /

Study of dynamic characteristics and trapping effects on sands of vortex in oscillatory flow on wavy bed by vortex in cell method

波状底床上方的泥沙输移与流场结构直接相关,涡的挟沙作用也已被实验所证实,但是涡结构与底床泥沙输移的定量关系尚需进一步明确,为此本研究采用格子涡(vortex incell)方法对振荡流作用下波状底床上方流场的涡动力特性及悬移质泥沙运动规律做了进一步量化的研究。数值模拟结果表明,悬移质泥沙大部分集中在流场中涡量较大的区域;涡强度值与前人实验及数值模拟结果对比较好,涡挟沙量与涡强度在一个周期内具有相同的发展规律,均在流动转向后达到极大值。一个周期内流场总含沙量存在两个峰值,对应流场流速最大时刻,在前半周期和后半周期,新生涡最大挟沙量与流场总含沙量峰值相比分别达到69%和61%,充分说明了涡对悬移质泥沙运动的重要作用

海底管道整体屈曲分析软件

登记证号：2014SR153348 在海底管道服役过程中，由于内压及内流温度的作用，海管会发生膨胀并产生巨大的轴向压力，从而引起海管整体屈曲。本软件为一款海管整体屈曲分析软件。软件精确考虑了： 1. 海管屈曲变形过程中的非线性管-土耦合作用； 2. 管道内压和内流温度的影响；3. 海管材料非线性温度膨胀及弹塑性本构模型；4. 外部流体水动力作用；5. 真实的三维崎岖地形。综合考虑以上各因素，本软件可以准确模拟任何工况下海管膨胀过程及屈曲模式，并得到不同情况下海管受力状态及安全等级，可以为海管设计、施工及运行维护提供参考和依据。该软件界面友好，使用方便，参数调节便捷，计算效率高，后处理准确直观，是设计和管理人员进行海管安全分析的得力工具

海缆铺设模拟与控制软件

登记证号：2013SR160034 本软件基于向量式有限元方法，采用三维梁单元模拟海缆，考虑管-土耦合约束条件及海缆铺设动态过程中的复杂海洋环境载荷，可实现海缆铺设全过程的动态数值模拟。软件考虑了海流、波浪、铺设速度、铺设角度及土体作用，能够准确预测铺设过程中海管的位移、应力分布及海缆入土深度，不仅保证海缆铺设过程的安全，也为后续维护提供参考依据。本软件计算效率高，提供数据接口可读入海缆铺设信息并做出实时反馈，可以对海缆铺设过程进行应力监控及控制，在硬件允许时可以实现海缆铺设过程的计算机辅助管理，满足工程单位的实际工作需求。<br /