基于高温高压条件下深海管土耦合作用研究

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1、基于高温高压条件下深海管土耦合作用研究ResearchofDeepseaPipline-SoilCouplingBasedonHT/HP学科专业：船舶与海洋工程作者姓名：冯旭指导教师：冯士伦副教授天津大学建筑工程学院二零一七年十二月中文摘要随着各国大力开发海洋石油资源，海底管道被越来越多地铺设在复杂地势的海床上,并逐渐走向深海。为了避免低温石蜡凝固堵塞海底管道，石油需要在高温和高压的条件下进行输送，使得海底管道容易发生屈曲破坏，威胁管道的运行安全，而海床地势及管土耦合作用对海底管道的屈曲具有重要的影响。因此，高温高压及管土耦合作用对深海管道整体屈曲是具有研究意义的。

2、本文对高温高压及管土耦合作用海底管道屈曲研究现状进行了总结，利用经典理论解析方法计算了工程实例，得出了可以指导数值模拟的屈曲规律；应用ABAQUS软件对管土模型进行数值模拟，将数值模拟结果与国外学者的试验、理论结果进行对比，验证了模拟方法的可行性。对三种不同形式管土有限元模型进行了屈曲模拟分析，得到了各载荷分析步下管土模型的位移及Mises应力，研究了管道垂向、水平屈曲位移以及管道Mises应力随温度差的变化规律，提出了具有水平初始不直度模型的垂向屈曲对水平屈曲的影响作用。对高温高压及管土耦合作用下的海底管道进行了参数敏感性研究，参数包括摩擦系数、初始不直度幅值、管

3、道径厚比、入泥深度、土体粘聚力和内摩擦角，分析出了不同参数下管道的屈曲位移幅值和Mises应力，对比了各参数不同数值的屈曲结果。关键词：海底管道，高温高压，垂向屈曲，水平屈曲，参数敏感性IABSTRACTWiththeexploitationofoffshorepetroleumresources,submarinepipelinesarelaidmoreandmoreontheseabedwithcomplextopographyandmovetowardstothedeepsea.Inordertoavoidthewaxsolidificationwithlow

4、temperatureblockingthesubmarinepipelines,thepetroleumneedstobetransportedundertheconditionofHT/HP.Thismakesthesubmarinepipelinespronetobucklingfailure,threatensthesafetyofthepipelineoperation.Topographyofseabedandpipline-soilcouplinghaveinfluencesonthebucklingofthesubmarinepipline.Ther

5、efore,itisofgreatsignificancetostudythebucklingofsubmarinepipelinesundertheconditionofHT/HPandpipline-soilcoupling.Inthispaper,researchstatusathomeandabroadonthebucklingofsubmarinepipelineundertheconditionofHT/HPandpipline-soilcouplingaresummarized.Engineeringexampleiscalculatedbyusing

6、theclassicaltheoryanalyticalmethod.Thispapergetssomevaluablebucklingruleswhichcanguidethenumericalsimulation.Thepipeline-soilmodelissimulatedbyusingABAQUSsoftware.Thecalculationresultsarecomparedwiththeexperimentalandtheoreticalresultsofforeignscholars,andthepracticabilityofthesimulati

7、onmethodisverified.Thebucklinganalysisofthreetypespipline-soilfiniteelementmodelaresimulated.ThedisplacementandMisesstressofpipeline-soilundertheanalysisstepsaregained.Thechangerulewhichthevertical,horizontalbucklingdisplacementandMisesstressofpiplinevarywiththetemperaturedifferencei