海洋平台立管导波检测的数值仿真和实验研究
海洋立管两相流动及管道振动特性试验研究_刘昶
油
机
械 2016 年 第 44 卷 第4期
CHINA PETＲOLEUM MACHINEＲY
海洋立管两相流动及管道振动特性试验研究
刘 昶 李玉星 王 琳 胡其会 王 权
*
（ 中国石油大学 （ 华东） 储运与建筑工程学院； 山东省油气储运安全省级重点试验室 ）
摘要： 为了识别海洋立管系统中可能出现的各个流型及考察立管系统在各流型作用下的动态 响应，利用室内试验装置模拟海洋立管系统 ，对立管中两相流动压力波动及其引起的管道振动位 移进行测试。试验中共观测到 7 种流型，提取了不同流型下压力波动的时频域特征值和振动响应 的时频域特征值。对气液两相流流动特征及其引起的立管振动特性进行对比分析 。研究结果表明， 可通过时域信号结合功率谱密度特征对立管中流型进行判别 ； 在具有明显周期性的内部流动的激 励下，立管的振动频率与内部压力波动频率相等 ； 强烈段塞流 Ⅰ、 强烈段塞流 Ⅲ 和水力段塞流对 立管振动影响较大，强烈段塞流 Ⅰ 下立管产生的位移最大， 水力段塞流下立管的振动频率最高。 研究结果对保证海洋立管的安全运行具有一定的参考作用 。 关键词： 海洋立管； 气液混输； 压力波动； 功率谱密度； 立管振动 中图分类号： TE952 文献标识码： A doi： 10. 16082 / j. cnki. issn. 1001 － 4578. 2016. 04. 010
10 －3 m3 ·s －1 10 －3 m3 ·s －1
液体流量 0. 31 0. 77 1. 06 1. 47 2. 75 2. 34 3. 02
强烈段塞流Ⅰ 强烈段塞流Ⅱ 强烈段塞流Ⅲ 稳定气泡流 波动气泡流 乳沫流 水力段塞流
各流型压力波动时域信号如图 3 所示。
超声导波技术在海上管道检测中的应用
仪器方法2008年第30卷第7期超声导波技术在海上管道检测中的应用孙乾耀1,孙士彬2,A Demma 3,D Alleyne 3(1.中国石油大学重质油国家重点实验室,北京 102249;2.清华大学自动化系,北京 100084;3.Guided U ltrasonics Ltd,16Doverbeck Close,Ravenshead,N ottingham,NG159ER,UK)摘 要:介绍采用超声导波技术对近海管道进行检测。
该技术可检测,导柱底部或水下管道关键区域。
利用专门研制的机械系统可检测海平面下深达500m 的管道。
讨论了导波技术检测水下管道及导柱底部的优势及局限性,给出了检测结果。
关键词:超声导波检测技术;海上管道;长距离检测中图分类号:T G 115.28 文献标识码:A 文章编号:1000-6656(2008)07-0451-03The Application of Ultrasonic Guided Wave Testing Technology on the Inspectionof Offshore PipelinesSUN Qian -Yao 1,SUN Sh-i Bin 2,A Demma 3,D Alleyne 3(1.St ate Key Labor ator y o f Heav y O il P ro cessing,China U niv ersity of P etro leum,Beijing 102249,China;2.Department of A utomation,T sing hua U niv ersity ,Beijing 100084,China;3.Guided U ltraso nics L td,16Dov erbeck Close,Rav enshead,No ttingham,NG 159ER,U K)Abstract:T he guided w aves t echnolo g y has been successfully used to screen o ffsho re pipelines.Riser splash zo ne could be successfully scr eened fro m to p -side position using the Wav emaker techno lo gy.U nderw ater pipelines co uld be scr eened using the sub -sea technolog y developed by G uided U ltr asonics Limited,w hich allo wed the scr eening of tens o f meters of under water pipelines fr om a sing le lo cation.Keywords:G uided wav e test ing techno lo gy ;O ffsho re pipeline;L ong distance test ing海水中的氧化剂对海上石油平台的金属管道有很强烈的腐蚀,因此需要仔细监控近海设施结构的状况。
海洋隔水管涡激振动的三维数值模拟研究_王成官
项离散格式为二阶向后欧拉格式（Second Order Backward Euler），时间步长 t = 0.001 s 。
3.2 静止流场结果分析
图 2 为静止流场升阻力系数曲线图。稳定后阻 力系数平均值为 1.275，是典型的亚临界流动。
3 算例分析
图 2 静止流场升阻力系数曲线
3.1 计算模型的建立
2. 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院, 上海 200240; 3. 中海石油研究中心, 北京 100027）
摘 要：流体场采用 k − ω 湍流模型进行三维 CFD 数值模拟，固体场采用基于三维实体单元的有限元方法进行模
拟，通过一种新的方法实现流-固耦合交界面的无缝数据交换，参考 Lehn（2003）长径比为 482 的模型实验完成隔水管
本文参考 Lehn[14]的实验建立模型，参数见表 1。 流体为海水，密度 ρ = 1025 kg / m3 ，动力粘度系数
μ = 1.1055 ×10−3 Pa ⋅ s 。 均 匀 来 流 速 度 U = 0.42 m / s ，雷诺数为 7800，流动处于典型的亚 临界流动区域。
隔水管轴线与流场速度入口边界距离为 10D， 与出口边界距离为 30D，与两侧对称边界距离为 10D。本文使用较精密的平面网格体系，如图 1 所 示，并沿管体轴线方向拉伸建立跨度比较大的层状 三维网格体系。
流向与横向涡激振动的三维数值模拟。模拟结果与实验结果吻合良好，都反映了多阶振动模态特性。引入激发速度解
释了多阶振动模态的现象。进一步分析表明，大长径比柔性隔水管发生涡激振动时流场尾流区涡的脱落呈现多种涡结
构模式，尾涡动力特性在不同截面的变化体现出明显的三维特征。同时隔水管振动时出现非对称弯曲大变形现象，运
2021水下管道安全性检查中的超声导波技术范文1
2021水下管道安全性检查中的超声导波技术范文 水下管道和海上竖管是海上石油和天然气生产的基础设施。
由周围海水和管道内容物造成的管道腐蚀是最严重的问题之一。
为了保证这些管道的安全，亟需合适的技术来定期检查海上管道的完整性。
由潜水员和水下机器人（ROV）进行的水下管道检查非常传统[1],但仍然十分有用 . 虽然人眼的识别、理解和分析能力十分重要，但是不能检查管道内部的缺陷，这需要一定的经验。
磁粉检测技术已经广泛应用于检测水下管道的表面断裂[2]. 然而 ,这项技术需要由潜水员实施 ,并且需要清理检查区域。
漏磁法被用于在线检查，但是不能识别管壁厚度的渐变。
超声检测是另外一种管道缺陷识别方法。
这种方法适用于管壁厚度测量、焊缝检查和内容物及内部腐蚀检测。
但是超声检测法也要由潜水员实施，而且由于检测时间较长，经济性较差。
除了超声波检测，使用在线检查设备来测量管道的各种特征量也在管道行业获得了持续的认可[3]. 这些设备用来为管道运营商提供信息，例如管道缺陷的类型和位置。
在线设备自行携带电池、录音机和里程表，因此，这些设备的广泛应用常常由于海上管道的各种状况而遇到挑战。
超声导波技术是一种用于管道检查的无损检测（NDE）方法，因为它具备传播距离长、省时和成本低等优点，使得这项技术极具吸引力。
几十年来，很多学者都研究了导波测试技术和其在管道检查领域的应用[4]. 导波检查系统由以下核心部件构成：用于激励和接收导波的传感器阵列；用于把这些传感器夹在管道上的固定装置。
有很多种具有应用前景的传感器技术，用于在管道中激发导波[5]. 但是 ,在之前的技术中，现存的固定装置不具备灵活性，这也就意味着不同直径的管道检查需要不同尺寸的固定装置，这增加了检查系统的成本。
在这项研究中，设计并制造了可拆式传感器系统，产生超声导波来检验水下管道的安全性。
首先，对导波在水下管道上的传播特性进行了理论分析，来为水下管道检查选择合适的导波类型；然后，生产和安装了包括传感器和固定装置的传感器系统。
深水海洋立管涡激振动试验流场设计及CFD数值模拟
深水海洋立管涡激振动试验流场设计及CFD数值模拟
刘景伟;郭海燕;赵婧;李朋;徐昱
【期刊名称】《中国海洋大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2013(043)004
【摘要】针对阶段流作用下的大长细比海洋立管涡激振动试验所需的外流条件,根据实验室的基本情况,对试验流场进行了设计改造和数值模拟.根据数值模拟的结果,选定了试验流场的改造方案,并对改造后测得的试验数据和数值模拟的结果进行了对比分析.结果表明:在低流速时,模拟结果与试验流速吻合较好；在高流速时,数值模拟结果比试验流速略大.在误差允许的范围内,可以得到均匀分布的流场.
【总页数】6页(P106-111)
【作者】刘景伟;郭海燕;赵婧;李朋;徐昱
【作者单位】中国海洋大学工程学院,山东青岛266100;中国海洋大学工程学院,山东青岛266100;中国海洋大学工程学院,山东青岛266100;中国海洋大学工程学院,山东青岛266100;中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室,山东青岛266100【正文语种】中文
【中图分类】P751;O35
【相关文献】
1.海洋立管涡激振动位移响应测试方法及试验研究 [J], 代峰燕;李冬冬;胡勇;周灿丰;焦向东
2.新型海洋立管涡激振动抑振装置的敏感性试验 [J], 王飞;郭海燕;刘晓春;张永波
3.基于灰色理论的多参数海洋立管涡激振动试验研究 [J], 崔阳阳;王春光;陈正发;孙明钰
4.海洋立管涡激振动抑振方法试验研究 [J], 王海青;郭海燕;刘晓春;张永波;孟凡顺
5.海洋立管试验支座设计及其对涡激振动影响研究 [J], 李莹;杨新华;郭海燕;李朋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
高精度深海立管涡激振动数值预报
高精度深海立管涡激振动数值预报李裕龙;廖洪烈;胡湛;罗向欣【摘要】针对深海立管涡激振动问题,提出一种高精度的数值预报方法.基于三维Common-Refinement方法,研究了离散后不可压缩流体与非线性超弹性体的非重叠子区域之间的耦合接触面的空间插值.采用Petrov-Galerkin有限元法离散不可压缩流体,并对大变形弹性结构体使用连续Galerkin有限元法行离散.同时使用任意的Lagrang-ian-Eulerian(ALE)方法处理流固网格的大幅变形,并且采用全解耦的隐式分区方法去分别求解流体域和结构域.基于Common-Refinement方法的空间插值的准确性和可靠性,满足两者之间液体和弹性体耦合界面间牵引力的平衡条件.本方将Common-Refinement方法应用深海立管涡激振动问题,并与文献进行了对比.求解结果表明:本文方法在海洋工程流固耦合问题中具有足够的准确性和可靠性.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2019(040)008【总页数】6页(P1414-1419)【关键词】流固耦合;Common-Refinement方法;非匹配网格;涡激振动;有限元法【作者】李裕龙;廖洪烈;胡湛;罗向欣【作者单位】中山大学海洋工程与技术学院,广东珠海519082;广州船舶及海洋工程设计研究院,广东广州 119077;中山大学海洋科学学院,广东广州119077;中山大学海洋工程与技术学院,广东珠海519082【正文语种】中文【中图分类】U661.31海洋流体和工程结构物相互作用的相关数值模拟研究中，准确且能够保证数值稳定性的数值计算方法一直是当今研究的热点。
在此类数值模拟中，结构会在受到流体力的作用下产生运动或变形，这就是流固耦合问题。
流固耦合的数值计算方法中，由于理论来源和应用范围的不同，导致了不同的空间离散需求，这种需求在海洋工程领域深海立管、系泊管线、港湾振动的流固耦合应用中十分常见。
超声导波管道缺陷检测的数值模拟及实验研究
北京工业大学硕士学位论文超声导波管道缺陷检测的数值模拟及实验研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：测试计量技术及仪器指导教师：***20070501北京工业大学工学硕十学位论文３．２．２壳单元模型壳单元是一种四边形２Ｄ单元，它主要由四个节点和一个厚度实常数定义。
壳单元的每节点都有三个自由度（ｘ，Ｙ，ｚ三个方向），因此，它不但可以承受拉压载荷，还可以承受弯矩。
采用壳单元建立管道模型时，实际上是将管道壁简化为单层结构，壳单元管道模型不但可以模拟纵向模态在管道上的传播，还可以模拟弯曲模态和扭转模态。
壳单元的退化单元为三角形单元。
图３．４是ＡＮＳＹＳ中的一种典型的壳单元ｓｈｅｌｌ６３单元的几何示意图。
Ｅｌｅｍ吡ｘ—ａｒｅｓｉｆＥＳＹＳｉｓｎｏｔｓｕｐｐｌｉｅｄ，鼍Ｊ２Ｘ＝Ｆ＿Ａｅｍｅｎｔｘ—ａｘｉｓｆｆＥＳＹＳｉｓｓｕｐｐｌｉｅｄ图３－４Ｓｈｅｎ６３单元示意图Ｆｉｇ．３－４Ｓｈｅｌｌ６３ｅｌｍｎｃｎｔＧｅｏｍｅｔｒｙ（ａ）管道端部（ｂ）缺陷图３－５管道模型Ｈｇ．３－５Ｍｅｓｈｅｄｍｏｄｅｌｏｆｐｉｐｅｗｉｔｈｓｈｅｎｅｌｅｍｅｎｔｓ第３章有限元模型（ａ）视图Ｉ（ｂ）视图２图３．７实体单元管道模型Ｆｉｇ．３－７Ｍｅｓｈｅｄｍｏｄｅｌｏｆｐｉｐｅｗｉｔｈｓｏｌｉｄｅｌｅｍｅｎｔｓ箭避多数恕欲ｉｌ建蠹擎鳓琅』￡轴封彩辑邂攒塑ｌ定史时携：辘ｌ定义｛｛糍参数ｌ｜瓣鳓｛ｊ瓣７Ｅ或蜜钵镑越图３－８实体单元模型建模流程图Ｆｉｇ．３—８Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｓｏｌｉｄｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌ图３．７为实体单元管道模型的示意图，该模型是采用“扫掠”方法建立的。
实际建模流程如图３．８所示。
建立该实体管道模型，首先是建立一个３．３．１所介绍的平面单元的管道模型，然后，定义扫掠参数，并绕管道轴线旋转平面模型，每扫过一个旋转角生成一组实体单元，最后，平面模型扫过３６０度后，则可以生成整个管道的实体单元模型。
通过“扫掠”方法建立的管道模型，不但方法比较简单，而且网格分布均匀和规则，模型结构对称和美观。
浅海海底管线波浪作用数值模拟研究
浅海海底管线波浪作用数值模拟研究随着能源需求的不断增长，海底油气资源的开发已成为不可避免的趋势。
其中，海底管线作为输送油气的关键设备，其稳定性和安全性非常重要。
然而，海底管线受到地形、海底流、潮汐、风浪等多种复杂的因素的影响，会发生不同程度的变形和运动。
其中，波浪作用是最主要的影响因素之一。
因此，对于海底管线波浪作用进行数值模拟研究，对于提升海底管线的设计和工程施工具有重要意义。
一、波浪形态和海底管线运动在进行海底管线波浪作用数值模拟前，首先需要了解波浪的形态和海底管线的运动情况。
一般情况下，波浪波形可以用波高、波长、波速等参数来描述。
而海底管线的运动则可以通过其位移、应力等指标来表征。
波浪对海底管线的影响主要表现为三种运动模式：平移、转动和弯曲。
其中平移指的是管线沿水平方向的运动；转动指的是管线绕轴线的旋转运动；弯曲则是指管线在纵向和横向受到应力的作用下产生的形变。
这三种运动模式会相互作用，导致海底管线的变形和应力变化。
二、海底管线波浪作用的数值模拟方法对于海底管线波浪作用的数值模拟研究，主要有两种方法：直接数值模拟和减振器模拟。
直接数值模拟，是捕捉波浪和海底管线的复杂运动过程的数值方法之一。
其基本思路是，通过数学模型计算波浪和管线之间的相互作用，取得波浪场和海底管线的运动情况。
这种方法需要用到较为精确的水动力学模型以及仿真技术，所以计算量比较大。
但相较于实验方法，其具有成本低、可操作性强等优点。
减振器模拟是另一种比较常用的数值模拟方法。
其基本思路是通过建立含有减振器和管线海床模型，计算经过减振器后的结果来发现波浪和管线之间的相互作用。
相比于直接数值模拟，减振器模拟可以更好地仿真现实减缓海底管线波浪作用的表现。
三、海底管线波浪作用数值模拟研究的应用海底管线波浪作用数值模拟研究广泛应用于海洋开发中。
基于该方法的研究成果，不仅可以为海底管线设计、工程施工和维护提供多种可供选择的方案，还可以对海洋工程的安全性进行评估和预测。
以ROV为载体的海洋平台FMD检测技术
32科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N信 息 技 术1 ROV 检测技术ROV(Remotely Operated Vehicle)是一种由水面遥控的水下作业系统。
它能在水下三维空间自由航行,可以用闭路电视进行观察,可用一只或几只多功能机械手完成一定的水下作业任务。
ROV具有灵活的大深度水下运动能力,装备先进的水下动力、控制和机械系统,能在潜水员无法到达的深度与不安全的环境下进行水下检测。
ROV检测技术以其经济、安全、工作效率高、作业深度大,并能在恶劣的环境下作业等优点,在海洋工程结构的水下无损检测中得到广泛重视。
同时,海洋石油工业正在向深海区域发展,对水下无损检测技术提出了更高的要求,为了提高效率,降低成本,海洋工程结构的水下无损检测越来越趋向于使用ROV检测技术。
ROV按遥控方式分为系缆与无缆两种。
在近海石油生产及水下无损检测作业中,系缆自由航行潜水器的应用最为广泛。
2 ROV 系统组成RO V系统主要由潜器、收放系统、控制系统、发电机、工具间等组成,一个典型的ROV系统如图1所示。
(1)潜器;(2)收放系统;(3)控制系统;(4)发电机;(5)工具间。
3 FMD 探测仪FMD(FloodedMemberDetection)是英国于20世纪90年代中后期发展起来的一种独特的水下结构检测方法,适合于检测穿透型裂纹或其它使水渗到构件内部的缺陷。
其原理是:当存在穿透型裂纹时,外面的海水将渗到平台构件的内部,使含缺陷的构件充水,可以用超声波或射线探测构件内是否有水,依此来判断是否存在缺陷。
FMD法检测的优点有速度快、操作简单、效率高、与其他方法相比成本低,所以该方法广泛应用于北海等海域的平台检测,英国现已开发出利用FMD技术的检测系统FL OODT rac k。
4 ROV 搭载FMD 作业过程4.1崖城13-1油田简介崖城13-1气田位于海南省三亚市西南方的南海北部海域,距三亚市约72km,水深约90m。
海洋平台实验 海工-中国石油大学华东
中国石油大学海洋平台实验报告实验日期：成绩：班级：海工10学号：姓名：教师：同组者：具体实验内容：格式样板如下，字体均用宋体。
（填空，每空1分，共20分）海洋结构物模型自振频率测试实验波流荷载作用下海洋结构物模型动力响应实验一、实验目的和要求（1）熟悉海洋输油立管的特点及工作环境；（2）熟悉相似理论，并根据相似理论将实际工程中的立管模型转化为实验模型；（3）熟悉自由振动的特点；（4）熟悉时域信号向频域信号转化的原理；（5）掌握主要测试仪器的使用（动态电阻应变仪、采集系统及信号处理系统）；（6）对实验结果进行分析，提交分析报告。
二、测试仪器和加载设备动态电阻应变仪一台、采集仪一台、信号处理系统一套、电阻应变片若干、立管有机玻璃管实验模型一根、固定装置一套。
三、实验原理1、自振1）电测法电测法以电阻应变仪量测为主。
基本原理是：以电阻应变片作为传感元件，将构件的应变转换为电阻变化，通过电阻应变仪测量得到电压变化。
2）电阻应变片的工作原理电阻应变片由敏感栅，上线，粘合剂，盖层和基底构成。
电阻应变片工作时，由于金属丝受到轴向的拉力而被拉伸或压缩产生变形，其电阻值随之变化。
3）应变片的粘贴技术试件的应变通过粘结剂将应变传递给电阻应变片丝栅，应变片的粘贴质量将直接影响应变的测量结果。
应变片的粘贴技术包括选片、选粘结剂、粘贴和防水防潮处理等。
4）电阻应变仪的测量电路当电桥的四个桥臂都由应变片组成的测量电路称为全桥电路，工作时各桥臂电阻状态都将变化（电阻拉伸，阻值增加，电阻压缩，阻值减小），电桥也将有电压输出。
2、动力响应1）相似原理流体力学中的相似理论是指导模型试验研究以及预报实体水动力性能的基本理论。
模型和实体的两个系统应满足以下三个相似条件。
（1）几何相似：模型和实体虽然大小不同但其形状完全相似。
（2）运动相似：模型和实体在流体中运动时，其对应点处在任意瞬间的同类物理量如流体的速度、加速度等都有相同的比例。
海洋平台立管系统的三维动态响应仿真研究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｒ ｅｄ ｍ ｅ ｓｏ ａ ｎ ｍ ｉ ｓ ｏ ｓ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｆｓ ｏ ｅ ｓ ａ ｃ ｎ Ｔｈ ｅ － ｉ ｎ ｉ ｎ ｌ Ｄｙ ａ ｃ Ｒｅ ｐ ｎ ｅ Ｓ ｍ ｌ ｔｏ ｆＯｆ ｈ ｒ
董 鹏 ， 克 强 ， 道 武 朱 秦
３５１ ） １ ２ １
（ 波大 学海 运学 院，浙 江 宁波 宁
摘 要 ： 洋平 台立 管是 其生 产 系 统 的 主要 组 成 部 分 ， 管 系 统 的 动 力 学 特 性 直 接 影 响 生产 平 台 的 稳 定 性 和 安 全 性 ， 对 海 海 立 针 洋 平 台立 管 系 统 动 态 响 应 特 性 的数 值 分 析 显 得 尤 为 重 要 。本 研 究 以 凝 集 参 数 时 域 分 析 法对 海洋 平 台立 管 系统 进 行 三 维 仿 真 模 拟 ， 四 阶 Ｒ ｎｅ Ｋ ｔ 法 进 行 积 分 求 解 ， 析 惯 性 坐标 系 下 海 洋 平 台 立管 系统 的动 态 响应 。 用 ｕ ｇ－ ｕｔ ａ 分 关键词 ： 海洋 平 台 ； 产 系 统 ； 曲力 ； 管 ； 态 响应 生 弯 立 动
在立 管 下 端 。在 该模 型 中 ， 量 点编 号 由上 到下 依 质 次 为 １ ２ … 、 立 管 系统 的水 面 自由端 为 ｌ 点 ， 、 、 ｎ， 下 部 固定 端 则 为 ｎ 点 ．立 管 被 平 均 分 割 成 ｒ １ 立 ｔ 段 一 管 微 元 ． 每段 立 管 微 元 的 两 端 节 点 作 为 “ 集 质 取 凝 量点 ” ．整 条 立 管 的基 本 形 状 就被 ｎ个 “ 集质 量 凝 点 ” 确 定 ； 意 段 立 管 微 元 ｉ １ ≤ｎ １ 都 被 视 所 任 （ ≤ｉ 一 ） 为直 线 弹性 单 元 ． 内张 力 沿 该段 立 管 微元 的切 其 线方 向 。 大 小 不变 …。惯 性 坐标 系下 的模 型示 意 ． 且
海洋管道导波检测的数值仿真和实验研究
兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
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本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日
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１、保密口，在年解密后适用本授权书。
２、不保密口。
（请在以上相应方框内打“４”）
作者签名：
刷醛孙俞期序Ｅｔ期：年月日日期：矽缉岁月形日。
LPB1—1型海洋平台测波系统
LPB1—1型海洋平台测波系统
杨立
【期刊名称】《海洋科学》
【年(卷),期】1998(000)005
【摘要】ＬＰＢ１－１型海洋平台测波系统是一种适用于海洋平台，港口码头，海岛等环境条件测量波浪的仪器。
对该系统的工作原理、组成，主要技术性能，特点以及实现方法作了概要描述，并对系统采用的信号处理技术进行简要分析。
【总页数】3页(P53-55)
【作者】杨立
【作者单位】山东省科学院海洋仪器仪表研究所
【正文语种】中文
【中图分类】P715.41
【相关文献】
1.声学测波仪在ZQA1—1型海洋站自动观测系统中的应用 [J], 王茂生;张序芬
2.犡波段雷达测波系统比测方法的研究--基于东海区海洋站比测数据分析 [J], 耿立佳;赵秀玲;王栋;何勇;卞崎沣
3.LPT1-1型海洋平台数据采集传输系统的研制 [J], 李民;姜明建;张曙伟;卜照蓬
4.OSB—1型近海测波浮标网岸站数据处理系统 [J], 曾荣光
5.中国科学院海洋研究所召开JZ-1型测波仪鉴定会 [J], 李磊
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第 ８期
俞树荣等． 海洋平台立管导波检测的数值仿真和实验研究
２ ． ２ 管道模 型参 数 的确定 及 网格划 分
￣
／ Ｅ ／ ２ ｐ （ １ ＋ ｕ ） 为横波波速、 Ｃ ＝Ｊ Ｅ ／ ｐ （ １ 一 ｔ ， ） 为
模 拟其传 递过 程 ， 具 体见表 １ 。
纵波 波 速 ， 其 中 为 波 导 弹 性 模 量 、 Ｐ为 介 质 密 度、 为 泊松 比 。 １ ． ２ 缺陷定 位原理
性模量 ２ １ ０ Ｇ Ｐ ａ 、 密度７ ８ ５ ０ ｋ ｇ ／ ｍ 、 泊松 比 ０ ． ３ 。建 立管 道模 型 ， 尺寸为长 ２ ． ４ ５ ｍ、 外直径 １ ５ ２ ｍ ｍ、 壁 厚５ ． ５ ａ ｒ ｍ 的 长 直 管 。选 择 有 限 元 软 件 中 的 壳 单 元 Ｓ Ｈ Ｅ Ｌ Ｌ ６ ３ ， 建立 几 何 模 型 并 划 分 网格 ， 为 了模 拟海 洋立 管在 受 到 外 力 作用 下 而 形 成 的 缺 陷 ， 在 管道 模 型 中 部 距 离 管 道 激 励 端 （ 右端 ） １ １ ０ ０ ｍｍ
表１ 位移 一 频 率类 比参数
周 向位 移
ＵＸ ＵＹ
导 波频 率
ＵＸ
激 励信 号在 管道 中传 播 时 ， 在 缺 陷处 会 发 生 反射 和透射 现象 。一部 分信号 发生 反射形 成裂 纹 回波 ， 剩余 的透 射 继续 传 播 ， 遇 到 管端 返 回 ， 形 成
ＵＹ ＵＺ ｋ Ｈｚ
Ｕ Ｚ ＶＡＬ Ｕ
末端 回波 。通过 分 析 回 波信 号 ， 可 以 确 定缺 陷轴
向位 置 。如图 １ 所示 ， 接 收端距 管端 ， 缺 陷处距 管端 ， 裂 纹 回波 到 达 接 收端 的 时 间为 ｔ ， 导波 波 速为 ｃ ， 则 可 由公式 （ Ｃ Ｘ ｔ ＋ ） ／ ２确 定 缺 陷距
置 与 数值 模 拟 的 结 果相 同 。
关 键 词 导 波检 测 海 洋 立 管 数 值 模 拟 管 道 缺 陷定 位
中图分类号 Ｔ Ｈ ８ ６ ５ 文 献标 识码 Ａ 文 章 编 号 １ ０ ０ ０ － ３ ９ ３ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ － １ ０ ４ ０ － ０ ４
时间变 化的 方式 出现 ， 所 以把 导 波检 测 中的导 波 频率（ ｋ Ｈ ｚ ） 转 换 为 周 向载 荷 的位 移 （ Ｖ Ａ Ｌ Ｕ） 即 可
１ ． １ 导波速 度计 算
在导 波传播 的非频 散 路 径 范 围 内 ， 相速 度 与
群 速 度 基 本 保 持 一 致 ，取 杨 氏 波 速 Ｃ ＝
１ 理 论 及 原 理
图 １ 缺 陷 定 位 原 理
２ 数 值 仿 真 分 析
２ ． １ 单元 选择
纵 向导 波在管 道 中 传播 的过 程 ， 可 以通 过 加 载 周期 性 的周 向 载荷 来 模 拟 实 际 传 播 情 况 。 因 此， 模拟 中选 用有 限元 软件 中的壳 单 元 Ｓ Ｈ Ｅ Ｌ Ｌ ６ ３ 来 进行仿 真实 验 。因为导 波检测 的结果 以频 率 随
管 进 行检 测 的 可行 性 。运 用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有 限 元 分 析 ， 通 过 书 写命 令 流 的 方 式 建 立 海 洋 立 管 模 型 ， 将模 型 中 的 部 分 单 元格 删 除 以模 拟 管道 缺 陷 ， 在 激 励 端加 载 周 向 栽荷 模 拟 产 生 ￡ （ ０ ， ２ ） 模 态导波 ， 通 过 分 析 激 励 信 号 传 递 和遇 到缺 陷返 回情 况 ， 可 以得 到 缺 陷距 离 管端 的轴 向距 离。 然后 进 行 现 场 实验 ， 得 到 的 缺 陷 位
处， 将 四 分 之 一 圆周 单元 格 除 去 ， 用来仿真 ２ ５ ％
常见 的导 波 包 括 板 波 （ 沿着薄板传播 ， 沿 薄 管材 管壁 内传播 也称 管 波 ） 、 表 面波 （ 沿着 工 件表
离激励 端距 离 。
接 收端
激 励 端
缺 陷 处
面传 播 ） 及棒 波 （ 沿 细 的棒 材 传 播 ） 等， 属 于超 声
波检 测 的范 围。与 其 他 的无 损 检 测 方法 相 比 ， 导 波检 测 的精 度更 高 ， 检 测距离 更远 ， 能够 检测难 以
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，
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到达 的 区域 ， 从 而 使 它可 以在 海洋 平 台立 管检 测
方 面得到应 用 。
Ｌ
导波 检测 的依 据 是 基 于 其 自身 的 频 散 特 性
的， 想全 面了解 检 测 导波 的模 态选 择 和 导 波 的实 质， 就必须 对 频散 现 象充 分 熟 悉 。笔 者从 频 散 现 象 出发 ， 通过 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ数值 仿真 的手段 阐述 了导波 检测 对海洋 平 台立管 进行检 测 的可行性 … 。
频率 ７ ０ ｋ Ｈ ｚ的 正 弦 信 号 调 制 。 传 播 总 时 间 ｔ＝
１ ． ２ ｍｓ ， 载 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 作 用 时 间约 为 ０ ． ９ ｍ ｓ ， 时 间 步 长
由于海 洋 立管 的材 质 为 双 相不 锈 钢 ， 故仿 真
实验选 用 双相 不锈钢 钢 管材料 ， 其参 数 分别 为 ： 弹
１ ０ ４ ０
化
工
自 动 化
及 仪
表
第４ ０卷
海 洋 平 台立 管 导 波检 测 的数 值 仿 真 和 实验 研 究
俞 树 荣 马 龙 丁 敏
（ 兰 州 理 工 大学 石 油 化 工 学 院 ， 兰州 ７ ３ ０ ０ ５ ０ ）
摘 要 从 频散 现 象 出发 ， 运用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ数 值 仿 真 和 现 场 实验 双 重 方 法 ， 阐述 了导 波 检 测 对 海 洋 平 台 立