HCL Technologies 使用SIMULIA Abaqus在单根管道入水之前模拟海底管道的性能。面对复杂的海底条件和关键的安全要求，该团队利用有限元分析 (FEA) 对管道铺设、土壤-管道相互作用和实际操作载荷进行建模
工程领导者 HCL Technologies 利用SIMULIA Abaqus在单个管道进入水中之前优化海底管道性能。
挑战
HCL Technologies 需要分析和验证海底管道，这些管道必须在复杂多变的海底条件下完美运行。
解决方案
该团队利用 SIMULIA Abaqus 中的有限元分析 (FEA) 功能来模拟管道铺设、土壤-管道相互作用和真实世界的负载条件，同时自动执行标准模拟以加速流程。
结果
l使用自动化将模拟时间从 7-10 天缩短至仅 5 分钟
l复杂海底条件的建模精度更高
l增强信心和准确性——与身体结果的相关性高达 99.9%
l为数字孪生能力奠定了基础
海上管道通常在极端条件下、长距离运输一些世界上最重要的资源。它们的可靠性至关重要——一次故障可能会造成严重的环境后果，带来严重的安全风险，并导致计划外停机和维修损失数百万美元。
HCL Technologies 是一家为多个行业的公司提供端到端服务（包括模拟和产品测试）的全球科技公司，其集团技术经理 Prasanna Venkatesh 表示：“这些管道必须 100% 安全可靠。” “这些管道在实际条件下部署之前，需要对其进行结构分析和验证。海底环境很复杂，因此我们需要测试这些管道在各种海底条件下的运行情况。”
例如，海床可能由软沙、粘土或泥浆组成，每种材料具有非常不同的特性，并且会极大地影响管道性能。 “我们需要了解土管相互作用，包括泥浆或粘土的硬度如何影响应力分布或潜在的失效，”文卡特什说。 “这对于评估结构完整性、疲劳行为、整体耐久性和使用寿命至关重要。这些管道在高压和变化的温度下运行，因此了解最小的物理相互作用可以防止出现重大问题。”
对这些相互作用进行物理测试将是困难、昂贵且极其耗时的。这就是为什么 HCL 依靠 SIMULIA Abaqus（达索系统的数字仿真软件）来创建高度精确的管道模型，并可以在无数场景中进行测试。
“在 CAE 工具中，SIMULIA 是同类最佳的非线性仿真工具，”Venkatesh 说。 “它可以帮助我们按时交付高质量的结果，即使对于最具挑战性的项目也是如此。此外，它提供至少 99.9% 的准确度，这对我们的工作至关重要。”
HCL 首先模拟安装过程。使用 SIMULIA Abaqus 提供的有限元分析 (FEA) 功能，它可以复制管道在海底的铺设方式。 “我们首先输入管道的尺寸数据以及土壤硬度参数和载荷数据，以便我们能够准确地模拟环境，”Venkatesh 说。 “管道最初由弹簧元件支撑，随后将其移除，以便与海床自然接触。如果管道铺设不当，它可能会被卡住或移位。这可能会导致不稳定引起的问题。”
一个常见的问题是横向屈曲（当管道由于热膨胀或内部压力而向侧面移动时），这可能会导致结构故障。不稳定还可能引发过度振动，导致泄漏或疲劳，从而缩短管道的使用寿命（通常超过十年）三年或更长时间。自由跨度（不受海床支撑的管道部分）可能会扰乱流体流动并导致压力或应力问题。同时，不当的涂层或暴露在恶劣的环境中会导致腐蚀和材料降解。所有这些潜在问题都在模拟中得到考虑。
模拟中还捕获了残余张力（管道安装在海底后剩余的张力）。然后，HCL 模拟流体流动等真实条件，并逐渐增加静水压力、浮力、关闭压力和温度的负载。 “所有这些参数都包含在内，用于分析管道在运行负载下的表现，”Venkatesh 说。 “我们评估中心线载荷、横向稳定性、底部粗糙度和位移，尤其是在开放间隙或接触渗透应力等关键区域。我们审查轴向张力和位移等输出，以确保模拟的准确性。”
这种类型的模拟项目可能需要一周多的时间。然而，HCL 已经能够实现许多关键流程的自动化，因此只需五分钟即可生成结果。
“我们创建了一个门户网站，客户可以在其中输入管道尺寸、壁厚或材料属性等变量，”Venkatesh 说。 “参数是预先定义的，模拟会自动运行。根据步骤的数量，完整运行可能需要 15 到 20 分钟，但也可能快至 5 分钟，然后不久就会生成报告。这是一个简化的过程，也是我们迈向虚拟孪生方法的第一步。”
