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钢悬链线立管触地段的结构循环应变响应实验研究

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海洋工程 2015年第4期33卷 11-18页

作者：姜海洋高福平臧志鹏中国科学院力学研究所北京100190

基于量纲分析理论,建立了钢悬链线立管(SCR)触地段的结构循环应变响应的相似准则。设计SCR立管触地段与土体相互作用装置,实验研究了典型工况下触地段床面形状变化对结构应变响应的影响。实验结果表明:水流载荷可使立管触地段下方土体... 详细信息

基于量纲分析理论,建立了钢悬链线立管(SCR)触地段的结构循环应变响应的相似准则。设计SCR立管触地段与土体相互作用装置,实验研究了典型工况下触地段床面形状变化对结构应变响应的影响。实验结果表明:水流载荷可使立管触地段下方土体局部冲刷的范围增大,立管结构应变幅值也相应增大;随着管土循环拍击作用和局部冲刷变形的发展,钢悬链线立管触地段的循环应变幅值逐渐增大并趋于稳定值;在立管脱离床面的瞬间,可观测到立管上缘拉应变突增的现象。拉应变突增幅度随着床面变形的发展逐渐增大,进而导致循环应变幅值的增加。

关键词：钢悬链线立管触地段流固土耦合循环应变

复杂载荷作用下立管触地段损伤管道极限内压承载力的数值分析

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水电能源科学 2017年第12期35卷 100-103页

作者：代云云冯新周晶刘帅大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学城市学院辽宁大连116600

触地段(TDZ)为在役钢悬链线立管(SCR)的关键部位之一,由于环境侵蚀和载荷作用可能形成损伤缺陷。利用有限单元法建立管—土相互作用的三维有限元分析模型,并基于ABAQUS有限元软件数值分析了体积损伤位置因素及提升端位移载荷、环境外压... 详细信息

触地段(TDZ)为在役钢悬链线立管(SCR)的关键部位之一,由于环境侵蚀和载荷作用可能形成损伤缺陷。利用有限单元法建立管—土相互作用的三维有限元分析模型,并基于ABAQUS有限元软件数值分析了体积损伤位置因素及提升端位移载荷、环境外压等载荷因素对损伤管道极限内压承载力的影响。结果表明,当体积损伤分布于TDZ管道不同的环向位置和轴向位置时,其极限内压呈一定的变化规律;当管道所受提升端位移载荷增加时,管道的极限内压逐渐降低;而环境外压对管道的极限内压承载力影响较大,管道所受的环境外压越大,其极限内压承载力越高。

关键词：钢悬链线立管触地段极限内压体积损伤损伤位置复杂载荷

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钢悬链立管触地段局部管土相互作用研究

钢悬链立管触地段局部管土相互作用研究

作者：胡少谦天津大学

学位级别：硕士

钢悬链立管触地段管土相互作用与立管系统的安全息息相关。本文通过自定义ABAQUS用户子程序,将土体强度变化与CEL方法相结合,建立了触地段局部管土相互作用的模型。通过与过去的研究对比,验证了模型的可靠性,并通过改变载荷加载方式,模... 详细信息

钢悬链立管触地段管土相互作用与立管系统的安全息息相关。本文通过自定义ABAQUS用户子程序,将土体强度变化与CEL方法相结合,建立了触地段局部管土相互作用的模型。通过与过去的研究对比,验证了模型的可靠性,并通过改变载荷加载方式,模拟了管道多种运动形式下的管土相互作用。研究了土体抗力及沟槽发展,并对多种因素进行了敏感性分析。在管道发生竖向位移的情况下,确定了载荷加载方式为位移控制,分析步加载形式为线性。调整模型并对载荷加载方式,管道贯入深度、速度,接触摩擦等非土体相关因素进行了敏感性研究,分析管道贯入土体过程中的土体变形及抗力变化。此外,还对抗剪强度,重塑参数等土体相关因素进行了敏感性分析。研究了土体变形的应力分布情况,确定了不同因素对土体强度的影响规律。研究了管道发生横向位移时的管土相互作用,在竖向位移恒定下,对初始埋深,土体强度,土体重塑参数和管道横移速度进行敏感性分析,得到土体抗力与相关因素的影响关系。在竖向位移不恒定,即竖向力恒定情况下,研究了管道的自沉效应和摩擦的影响。对管道横、竖向耦合位移运动情况,研究了管道斜向贯入角度对土体抗力的影响,得到了横向、竖向抗力的变化规律,提出了一种简单的近似屈服包络线计算方法。在管道横向、竖向循环位移中,研究了循环次数,外载荷等因素引起的土体抗力变化。

关键词：钢悬链线立管触地段管土相互作用数值仿真土体重塑模型

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钢悬链线立管触地段管土作用研究

钢悬链线立管触地段管土作用研究

作者：梁勇浙江大学

学位级别：硕士

随着石油需求的膨胀和海洋石油开采技术的不断发展,海洋油气资源的勘探开发不断向深水以及超深水进军,深海油气开发已经成为今后全球石油战略的重要前沿阵地。为适应这一形势,钢悬链线立管(Steel Catenary Riser,SCR)得到了广泛的应用... 详细信息

随着石油需求的膨胀和海洋石油开采技术的不断发展,海洋油气资源的勘探开发不断向深水以及超深水进军,深海油气开发已经成为今后全球石油战略的重要前沿阵地。为适应这一形势,钢悬链线立管(Steel Catenary Riser,SCR)得到了广泛的应用。钢悬链线立管由悬垂段和触地段组成。在海洋环境载荷和顶端平台运动的情况下,立管触地段也随之产生运动,从而导致立管触地段与海床不断的相互作用。钢悬链线立管触地段管土相互作用对立管的结构强度和疲劳寿命影响非常大,因而钢悬链线立管触地段管土相互作用一直是近年来国际海洋工程界研究的热点。本文从钢悬链线立管的整体分析出发,并结合钢悬链线立管触地段的局部分析;分别对钢悬链线立管触地段管土作用模型、立管触地段管土相互作用过程及立管触地段管土相互作用参数分析等方面进行了探讨。取得的主要研究成果如下：(1)通过模拟安装过程获得钢悬链线立管的整体初始静平衡形态。由于悬链线解法未考虑钢悬链线立管的弯曲刚度,因此通过模拟安装过程法得到的钢悬链线立管静平衡形态更接近于立管实际的静平衡形态。在此基础上对钢悬链线立管进行整体静力和动力分析,结果表明立管顶端悬挂区及触地点区域存在着高应力和很大的交变载荷,易于疲劳破坏。因此立管顶端悬挂区及触地点区域在设计及分析中需要足够的重视,是研究分析的重点。(2)阐述了钢悬链线立管触地段管土作用P-y曲线模型。采用ABAQUS中的显式有限元法模拟立管触地段管土相互作用过程,并与NGI管土作用实验数据进行了对比,验证了管土作用P-y曲线模型的准确性。随后讨论了粘聚力、内摩擦角、弹性模量及摩擦系数等土体参数对立管触地段初次贯入土体过程中所受土体抗力的影响。(3)将海床土体简化为一系列的非线性弹簧,采用有限差分法模拟钢悬链线立管触地段管土相互作用,并与ABAQUS有限元分析结果进行了对比,两者吻合良好,但采用有限差分法模拟计算效率更高。随后讨论了加载位移、海床土体刚度以及海床土体吸力等模型参数对立管触地段变形及弯曲应力的影响。

关键词：钢悬链线立管触地段管土相互作用显式有限元分析有限差分法

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向量式有限元法在管土相互作用中的应用

船舶力学 2019年第4期23卷 467-475页

作者：王飞李效民马芳俊郭海燕山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266590 山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590 中国海洋大学工程学院山东青岛266100

向量式有限元法是基于向量式力学和数值计算的一种创新性的结构行为分析方法。文章采用三种弹簧模型模拟海床,将向量式有限元法用于钢悬链线立管触地段与海床土体相互作用研究中,编制相应Matlab求解程序,计算了端部施加一定位移下立管... 详细信息

向量式有限元法是基于向量式力学和数值计算的一种创新性的结构行为分析方法。文章采用三种弹簧模型模拟海床,将向量式有限元法用于钢悬链线立管触地段与海床土体相互作用研究中,编制相应Matlab求解程序,计算了端部施加一定位移下立管的位形和弯曲应力,并与他人基于有限差分法及ABAQUS的模拟结果进行对比,同时运用该方法分析了弹簧模型、土体刚度、土体吸力系数等参数对立管触地段变形和弯曲应力的影响。结果表明向量式有限元法在模拟静态端部位移加载下的管-土相互作用是准确和可行的,能够直接求解变形和内力,具有相对简洁性,此方法是对立管力学行为的模拟,符合实际运动变形过程。为模拟管-土相互作用提供了新方法,同时为进一步研究实际循环载荷下管-土相互作用奠定了基础。

关键词：向量式有限元法钢悬链线立管触地段管土相互作用弹簧模型

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深海钢悬链立管管土相互作用研究进展

船舶工程 2013年第6期35卷 1-5,14页

作者：梁勇金志江叶皓颜孙挺浙江大学化工机械研究所杭州310027

从试验和数值模拟两个方面总结评述了近年来钢悬链立管管土作用方面的研究成果。在试验方面,阐述了钢悬链立管管土作用的非线性行为及其对管道应力和弯矩的影响,其中海床吸力、海床刚度衰减和沟槽的形成增加了钢悬链立管管土作用的复杂... 详细信息

从试验和数值模拟两个方面总结评述了近年来钢悬链立管管土作用方面的研究成果。在试验方面,阐述了钢悬链立管管土作用的非线性行为及其对管道应力和弯矩的影响,其中海床吸力、海床刚度衰减和沟槽的形成增加了钢悬链立管管土作用的复杂性;在数值模拟方面,重点阐述了节点弹簧约束模型,将钢悬链立管看作一根置于一系列非线性弹簧上的梁,利用P-y曲线来表示海床刚度;同时对今后需要继续深化的研究进行了展望,为国内钢悬链立管管土相互作用研究提供了参考。

关键词：钢悬链立管触地段管土作用疲劳寿命

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钢悬链线立管触地端管土相互作用研究

钢悬链线立管触地端管土相互作用研究

作者：杜宝平中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

在深海油气资源的开采中,钢悬链立管是连接海上浮式平台与海底井口进行油气运输的十分重要的设备。钢悬链立管在安装和使用的过程中会受到循环载荷的作用,其中有两个地方极易发生破坏,一个是钢悬链线立管与海上浮式平台连接的悬挂点,另... 详细信息

在深海油气资源的开采中,钢悬链立管是连接海上浮式平台与海底井口进行油气运输的十分重要的设备。钢悬链立管在安装和使用的过程中会受到循环载荷的作用,其中有两个地方极易发生破坏,一个是钢悬链线立管与海上浮式平台连接的悬挂点,另一个是与海床接触的触地段。本文以钢悬链线立管触地段管土相互作用作为研究对象。首先,提出了考虑土体刚度非线性的管土相互作用模型,并用解析法求得管线在静力下的贯入响应。对触地段管土相互作用p-y曲线用N段线弹性近似,建立了一个考虑土体刚度非线性的触地段管土相互作用模型。根据管线所处土层的不同,将管线分为多段,建立了多段管线在触地段贯入响应的控制微分方程。运用传递矩阵法,结合边界条件求得静力状态下管线贯入响应的解析表达式。研究了不同的泥线处土体不排水抗剪强度、土体强度梯度及管线外径对管线贯入深度、弯矩及剪力的影响。结果表明,管线贯入深度会随着泥线处土体不排水抗剪强度、土体强度梯度的增大而减小;泥线处土体不排水抗剪强度的变化对管线的影响要比土体强度梯度的变化对管线的影响大;管线外径的增加也会使管线的贯入深度减小。然后,分析了触地段管线在循环载荷作用下的贯入响应。通过对有限元软件OpenSees进行二次开发,建立了土体循环退化模型,并用前人的实验结果对模型进行了验证。采用位移控制加载方法,研究了在循环载荷作用下管线在土体循环退化模型上的贯入响应、循环应力。结果表明,在考虑循环退化海床上,管线的贯入深度随循环次数的增加而增加,触地点距悬挂点的水平距离会随循环次数的增加而减小;管线最大弯矩会随循环次数的增加而增大,管线弯矩的增大导致管线的循环应力随之增大。

关键词：悬链线立管管土相互作用解析解触地段循环退化