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大 庆 石 油 学 院 学 报 第 35卷 第3期 2011年 6月
JOURNALOFDAQINGPETROLEUM INSTITUTE V01.35 No.3 Jun. 2011
初始几何缺陷对海底管道横 向屈 曲的影响
刘羽霄 ,葛 涛。,李 昕。,周 晶。
(1.山东工商学院 管理科学与工程学院,山东 烟 台 264005; 2.山东工商学 院 工商管理学院,山东 烟 台 264005
3.大连理工大学 海岸与近海工程国家重点实验室 ,辽宁 大连 116023)
摘 要 :为了研究初始几何缺陷对海底管道前、后屈曲的影 响,基于 ANSYS软件建立平坦海床上裸铺管道的非 线性
有限元模型,分析建模过程中初始几何缺陷的引入方法,得到缺陷幅值及缺陷长度对管道前屈曲及后屈曲的影响规律.
结果表明:临界温差随着初始几何缺陷幅值 的增加而降低 ,随着缺陷段长度 的增加呈现先 降低后增加的趋势 ;缺陷幅值
及缺陷段长度对管道后屈曲的变形 、弯矩及轴向应变影响不大.这对海洋管道工程设计提供指导.
关 键 词 :海底管道 ;ANSYS软件 ;横向屈曲;引入方法 ;缺陷幅值 ;缺陷长度
中图分 类号 :TE973.11 文献标识码 :A 文章编号 :1000 l891(2011)03—0076—05
0 引言
随着深水和边际海洋油气 田的开发,越来越多高温/高压海底管道应用于工程实际.海底管道在内压
和温度等工作荷载作用下,易发生整体屈曲.对于埋设在海床以下的管道 ,易发生垂向隆起屈曲;对于直接
铺设在海床上的管道 ,易发生水平横 向屈曲.
HobbsRE给出理想直管道隆起及横向屈曲临界荷载的计算公式 ,其研究基于小坡角、线弹性假设 ,
且没有考虑初始几何缺陷的影响l1llTaylorN等对海底管道的隆起屈曲进行理论和实验研究 ,针对 3种不
同的缺陷,分别给出管道的临界屈曲荷载 ,并通过实验结果对理论研究进行验证 ].JamesGA C采用简
化模型研究隆起热屈 曲,考虑初始几何缺陷及残余应力影响,给 出管道隆起屈 曲段的临界荷载 的计算公
式_l3].刑静忠等研究部分悬跨管道的悬跨段和埋地段的临界屈曲荷载和变形 [43.刘润等基于编制的软件探
讨地基土摩 阻力、管道上覆土厚度对埋地管道安全温度的影响及膨胀弯的作用 ].贾旭等研究海底管道在
静水压力下的局部屈曲问题l_6].苗同臣等分析初始弯曲变形对 A型石油井架稳定性的影响 ].
整体屈曲理论公式仅用于判断初始几何缺陷对管道临界屈曲荷载的影响 ,无法用于判断初始几何缺
陷对管道后屈 曲的变形 、应变及弯矩的影响.对于初始几何缺陷对管道后屈曲的影响分析需要采用有限元
方法,如基于有限元分析软件 ANSYS、ABAQUS等建立海底管道整体屈曲分析的有 限元模型.初始几何
缺陷是海底管道整体屈曲分析 中的关键因素 ,基于有限元分析软件建立的海底 管道整体屈 曲分析的有限
元模型 ,必须引入几何缺 陷才能进行整体屈 曲分析.关于海底管道横 向屈 曲问题的相关研究较少 ,基于
ANSYS软件建立平坦海床上裸铺管道的非线性有限元模型,分析建模过程中初始几何缺陷的引入方法,
以及初始几何缺陷幅值及缺陷长度对管道前屈 曲及后屈曲的影响 ,以对海洋管道工程设计提供指导.
1 裸铺管道非线性有限元模型
1.1 管道模型
为了研究管道材料非线性 的影响,选择 PIPE20单元模拟管道.整体屈曲分析主要研究屈 曲段 的变
形,因此管道屈曲段单元长度取 1倍管道外直径 ,屈曲段之外单元长度逐渐增加.
管道钢的材料应力应变关系采用 Ramberg—Osgood本构关系 ,可 以表示为
收稿 日期:2010一l2—15;审稿人 :罗 敏 ;编辑:任志平
基金项 目:国家 自然科学基金重点项 目;教育部科学技术研究重大项 目(305003)
作者简介 :刘羽霄 (1978一),女 ,博士 ,讲师 ,主要从事海底管线破坏机理方面的研究 .
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第 3期 刘羽霄等 :初始几何缺陷对海底管道横向屈曲的影 响
一 号[+萼(云)
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