深海油气管道屈曲失稳机理研究

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1、深海油气管道屈曲失稳机理研究OntheBucklingInstabilityMechanismofDeep-seaPipeline一级学科：船舶与海洋工程学科专业：船舶与海洋结构物设计制造作者姓名：孙震洲指导教师：余建星柳存根天津大学建筑工程学院2017年05月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文

2、作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据中文摘要当前，海洋油气开发逐渐向500米以上的深水和超深水领域发展，海底油气输送管道的结构壁厚设计呈现出越来越大的趋势。局部屈曲压溃及其屈曲传播造成的失稳破坏是海底管道在高水压环境载荷作用下首

3、要考虑的结构失效模式，直接决定着工程设计中结构的各个主要参数。针对厚壁管道的屈曲压溃问题，工业界认为现行最通用、最权威的DNV-os-F101规范中的建议方法不够精确，可能会带来过于保守的估计，降低工程的经济性。因此，本文从屈曲失效压力标准值的计算理论、经验性系数的取值和复杂载荷的影响等方面开展研究，分析深水厚壁海底管道的屈曲效应，为我国南海深水油气开发工程提供参考。以管线管和整体式止屈器上的厚壁圆柱壳结构为研究对象：首先基于中厚壳的高阶剪切变形理论，建立厚壁海底管道的屈曲压溃计算方法，并进行编程实现，进一步利用试验结果和ABAQUS三维有限元模拟结果验证理论方法的可靠性，并通过

4、敏感性计算分析，讨论DNV规范标准值计算方法在径厚比较小的情况下的保守性；之后通过建立圆环-连杆理论模型分析管道屈曲传播的力学本质，进行屈曲传播穿越整体式止屈器的准静态试验研究，与数值模拟计算方法相结合，揭示屈曲传播及其穿越止屈器的机理和特点，在此基础之上对整体式止屈器进行结构拓扑优化，提出一种更优的止屈器结构型式。针对以往通常被忽略的较次要的屈曲敏感性因素：一方面，实现了对大直径厚壁海底管道常用的UOE制管工艺过程的仿真模拟，根据计算结果分析成型工艺与屈曲敏感性因素之间的关联，进而对厚壁管道屈曲压溃计算的理论方法进行修正，定量分析成型产生的敏感性因素对管道抗屈曲压溃性能的影响；

5、另一方面，对地震-水压联合作用下的管跨结构进行动力推覆分析，对水压、初始椭圆度幅值、跨长、径厚比等参数分别开展敏感性研究，分析地震这一形式的复杂载荷作用对管道屈曲压溃的影响，在计算结果中发现了不同的屈曲压溃模态和结构抗震性能变化的不规律现象。关键字：厚壁管道，屈曲压溃，屈曲传播，止屈器，UOE，地震I万方数据ABSTRACTAtpresent,offshoreoilandgasindustrryhasgraduallymarchedintothefieldofover500metersdeepwaterandultradeepwater,andthewallthicknessde

6、signofsubmarineoilandgastransmissionpipelinepresentsanincreasingtrend.Localbucklingcollapseandbucklingpropagationarethemostimportantstructuralfailuremodesundertheconditionofhighwaterpressure,whichdirectlydeterminestheengineeringdesignofthemainparametersofthestructure.Forthecollapseproblemofth

7、ick-walledpipeline,industrialcirclesbelievethatthecurrentrecommendedmethodsinDNV-os-F101specification,whichisconsideredtobemoregeneralandauthoritative,mightbenotpreciseenoughandleadingtotooconservativeestimation,thusreducingtheeconomicaleffic