完好管道在复杂荷载作用下的极限承载力研究

作     者：孙彦彦 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李昕

授予年度：2013年

学科分类：081505[工学-港口、海岸及近海工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0814[工学-土木工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：完好管道 复杂荷载 临界屈曲应变 弯矩承载力 数值仿真 

摘      要：海底管道对海上油气田的开发、生产和产品的运输起着关键性的作用。随着我国海洋油气工业的迅猛发展,作为海上油气田“生命线的海底管道,发挥着越来越重要的作用。同时,国内外海底管道泄漏事故时有发生,对环境的破坏巨大,因此,海底管道极限承载力及失效模式研究具有重要的现实意义。 海底管道在运行过程当中,往往受到各种荷载的联合作用,例如,内部输送介质引起的内压;自身重力和周围土体的支撑作用、内部介质的温度变化、泊松比引起的轴力;地质塌陷、地震、海床变形、滑坡、海床冲刷和淘蚀等导致海底管道悬空引起的弯矩荷载;海底悬跨管道在波浪和海流作用下产生的拖曳力和升力等。环境荷载作用下管道的受力模型可以简化为轴力、内压、弯矩三种荷载的联合作用。本文重点研究了完好管道在复杂荷载联合作用下,基于应变和基于应力的计算方法。具体研究内容包括： 利用有限元软件ABAQUS,考虑材料非线性和几何非线性,建立了完好管道在复杂荷载作用下的三维有限元分析模型。通过与他人试验成果的对比,验证了本文提出的数值分析模型的适用性。 采用数值仿真的研究手段,开展了完好管道在内压、轴力、弯矩联合作用下的数值分析。系统研究了管道径厚比、内压、管道钢类型等因素对临界屈曲应变的影响。根据数值计算结果,回归得到完好管道在复杂荷载作用下的临界屈曲应变的计算公式,并进一步通过与试验数据以及规范提供的方法进行了对比,验证了本文计算公式的正确性。 计算了各工况的极限弯矩承载力,分析了影响管道弯矩承载力的参数,并与理论公式计算结果进行了对比分析。