深水水下油气输送夹层管的失效分析

作     者：詹玮 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黎之奇

授予年度：2018年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 082003[工学-油气储运工程] 

主      题：夹层管 屈曲压力 解析法 有限元分析 非线性屈曲分析 

摘      要：油气资源是当前世界上主要的能源供给,随着社会经济的快速发展,人们对于油气资源的开采已经从浅海转向深海,对于深水水下结构物的性能分析是当前我国发展海洋石油事业的重要方向。海洋管道结构作为海洋油气生产系统中的“生命线,对其结构性能进行深入研究具有现实意义和必要性。由于深水环境中的高静水压力,因此本文将重点放在海洋管道结构在静水压力作用下的屈曲失效问题的研究上。本文首先通过理论推导,提出了针对厚壁管的临界压力计算式,并将其扩展到夹层管临界屈曲压力的计算。而后又利用ABAQUS有限元软件建立了深水水下夹层管的有限元数值模型,对于夹层管结构分别进行了非线性屈曲数值模拟以及特征值屈曲数值模拟分析,探讨了结构参数对夹层管屈曲特性影响。本文主要分为4章,主要内容如下:(1)介绍了深水水下夹层管结构,引出了夹层管结构在使用过程中面临的屈曲失效问题,整理了前人关于管道屈曲问题的研究,说明了本文研究内容的必要性。(2)通过在厚壁圆管中引入塑性屈服层和开裂层的方法,理论推导出了厚壁圆管在外压作用下的临界屈曲压力求解公式,并且基于层间无粘结假设,将该方法推广应用到非粘结夹层管结构临界屈曲压力的计算,利用本文的计算方法对于单层管和夹层管的临界屈曲压力进行了计算,并与现有的研究结果进行了比较,验证了计算方法的合理性。(3)叙述了利用有限元数值法进行结构分析的具体流程,总结了ABAQUS中对结构进行屈曲分析的方法,具体介绍了利用有限元数值法对于管道结构进行屈曲稳定性分析的理论基础。(4)运用有限元方法建立了外压作用下夹层管的数值计算模型,对中间层材料为应变硬化水泥基的夹层管进行了非线性屈曲分析和特征值屈曲分析,通过广泛的参数分析,研究了几何参数以及材料参数对夹层管结构屈曲性能的影响。