HCL Technologies 使用SIMULIA Abaqus在單根管道入水之前模擬海底管道的性能。面對(duì)復(fù)雜的海底條件和關(guān)鍵的安全要求，該團(tuán)隊(duì)利用有限元分析 (FEA) 對(duì)管道鋪設(shè)、土壤-管道相互作用和實(shí)際操作載荷進(jìn)行建模

工程領(lǐng)導(dǎo)者 HCL Technologies 利用SIMULIA Abaqus在單個(gè)管道進(jìn)入水中之前優(yōu)化海底管道性能。

挑戰(zhàn)

HCL Technologies 需要分析和驗(yàn)證海底管道，這些管道必須在復(fù)雜多變的海底條件下完美運(yùn)行。

解決方案

該團(tuán)隊(duì)利用 SIMULIA Abaqus 中的有限元分析 (FEA) 功能來模擬管道鋪設(shè)、土壤-管道相互作用和真實(shí)世界的負(fù)載條件，同時(shí)自動(dòng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)模擬以加速流程。

結(jié)果

l使用自動(dòng)化將模擬時(shí)間從 7-10 天縮短至僅 5 分鐘

l復(fù)雜海底條件的建模精度更高

l增強(qiáng)信心和準(zhǔn)確性——與身體結(jié)果的相關(guān)性高達(dá) 99.9%

l為數(shù)字孿生能力奠定了基礎(chǔ)

海上管道通常在極端條件下、長(zhǎng)距離運(yùn)輸一些世界上最重要的資源。它們的可靠性至關(guān)重要——一次故障可能會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境后果，帶來嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)，并導(dǎo)致計(jì)劃外停機(jī)和維修損失數(shù)百萬美元。

HCL Technologies 是一家為多個(gè)行業(yè)的公司提供端到端服務(wù)（包括模擬和產(chǎn)品測(cè)試）的全球科技公司，其集團(tuán)技術(shù)經(jīng)理 Prasanna Venkatesh 表示：“這些管道必須 100% 安全可靠?！?“這些管道在實(shí)際條件下部署之前，需要對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和驗(yàn)證。海底環(huán)境很復(fù)雜，因此我們需要測(cè)試這些管道在各種海底條件下的運(yùn)行情況?！?/span>

例如，海床可能由軟沙、粘土或泥漿組成，每種材料具有非常不同的特性，并且會(huì)極大地影響管道性能。 “我們需要了解土管相互作用，包括泥漿或粘土的硬度如何影響應(yīng)力分布或潛在的失效，”文卡特什說。 “這對(duì)于評(píng)估結(jié)構(gòu)完整性、疲勞行為、整體耐久性和使用壽命至關(guān)重要。這些管道在高壓和變化的溫度下運(yùn)行，因此了解最小的物理相互作用可以防止出現(xiàn)重大問題?！?/span>

對(duì)這些相互作用進(jìn)行物理測(cè)試將是困難、昂貴且極其耗時(shí)的。這就是為什么 HCL 依靠 SIMULIA Abaqus（達(dá)索系統(tǒng)的數(shù)字仿真軟件）來創(chuàng)建高度精確的管道模型，并可以在無數(shù)場(chǎng)景中進(jìn)行測(cè)試。

“在 CAE 工具中，SIMULIA 是同類最佳的非線性仿真工具，”Venkatesh 說。 “它可以幫助我們按時(shí)交付高質(zhì)量的結(jié)果，即使對(duì)于最具挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目也是如此。此外，它提供至少 99.9% 的準(zhǔn)確度，這對(duì)我們的工作至關(guān)重要?！?/span>

HCL 首先模擬安裝過程。使用 SIMULIA Abaqus 提供的有限元分析 (FEA) 功能，它可以復(fù)制管道在海底的鋪設(shè)方式。 “我們首先輸入管道的尺寸數(shù)據(jù)以及土壤硬度參數(shù)和載荷數(shù)據(jù)，以便我們能夠準(zhǔn)確地模擬環(huán)境，”Venkatesh 說。 “管道最初由彈簧元件支撐，隨后將其移除，以便與海床自然接觸。如果管道鋪設(shè)不當(dāng)，它可能會(huì)被卡住或移位。這可能會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定引起的問題?！?/span>

一個(gè)常見的問題是橫向屈曲（當(dāng)管道由于熱膨脹或內(nèi)部壓力而向側(cè)面移動(dòng)時(shí)），這可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)故障。不穩(wěn)定還可能引發(fā)過度振動(dòng)，導(dǎo)致泄漏或疲勞，從而縮短管道的使用壽命（通常超過十年）三年或更長(zhǎng)時(shí)間。自由跨度（不受海床支撐的管道部分）可能會(huì)擾亂流體流動(dòng)并導(dǎo)致壓力或應(yīng)力問題。同時(shí)，不當(dāng)?shù)耐繉踊虮┞对趷毫拥沫h(huán)境中會(huì)導(dǎo)致腐蝕和材料降解。所有這些潛在問題都在模擬中得到考慮。

模擬中還捕獲了殘余張力（管道安裝在海底后剩余的張力）。然后，HCL 模擬流體流動(dòng)等真實(shí)條件，并逐漸增加靜水壓力、浮力、關(guān)閉壓力和溫度的負(fù)載。 “所有這些參數(shù)都包含在內(nèi)，用于分析管道在運(yùn)行負(fù)載下的表現(xiàn)，”Venkatesh 說。 “我們?cè)u(píng)估中心線載荷、橫向穩(wěn)定性、底部粗糙度和位移，尤其是在開放間隙或接觸滲透應(yīng)力等關(guān)鍵區(qū)域。我們審查軸向張力和位移等輸出，以確保模擬的準(zhǔn)確性。”

這種類型的模擬項(xiàng)目可能需要一周多的時(shí)間。然而，HCL 已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)許多關(guān)鍵流程的自動(dòng)化，因此只需五分鐘即可生成結(jié)果。

“我們創(chuàng)建了一個(gè)門戶網(wǎng)站，客戶可以在其中輸入管道尺寸、壁厚或材料屬性等變量，”Venkatesh 說。 “參數(shù)是預(yù)先定義的，模擬會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。根據(jù)步驟的數(shù)量，完整運(yùn)行可能需要 15 到 20 分鐘，但也可能快至 5 分鐘，然后不久就會(huì)生成報(bào)告。這是一個(gè)簡(jiǎn)化的過程，也是我們邁向虛擬孿生方法的第一步。”