深海裸置管道的侧向屈曲控制措施研究

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1、深海裸置管道的侧向屈曲控制措施研究Studyonlateralbucklingcontrolmeasuresofdeep-seaunburiedpipeline工程领域：船舶与海洋工程作者姓名：王成泽指导教师：唐友刚教授企业导师：李学军高工天津大学建筑工程学院二零一七年十一月摘要铺设在深海的油气输送管道，承受高温高压的作用，极易引起管道的整体屈曲。对于深水，一般采用裸置方法铺设管道。枕木法和分布浮力法作为侧向屈曲控制措施，目的在于将一个“大”的屈曲分割成几个“小”的屈曲。研究裸置管道的整体屈曲控制措施具有重要意义。本文基于ABAQUS软件，采用管土摩擦接触模型通过隐式动力算

2、法分析具有初始缺陷的海底管道的侧向屈曲特性，以及安装枕木对侧向屈曲的控制作用，分析温度、最大应力与侧向变形幅值之间的关系。采用弹簧单元模拟管土相互作用，分析分布浮力单元参数对屈曲特性的影响规律。根据当前的双层管等效方法建模，建立了以ITT31接触单元模拟管中管结构的数值模型，并对ITT单元参数进行分析，分析等效方法在ABAQUS有限元模拟中的适用性。主要研究结论如下：（1）枕木法使管道在预设位置发生屈曲的诱发效果很好，提升枕木高度能有效提高诱发整体屈曲的效果，降低最大应力值，但随着高度增加，其改善效果则减小。提升枕木表面粗糙度不利于改善诱发效果，但利于控制侧向位移幅值。该结

3、论为枕木法的工程应用奠定了基础。（2）管道屈曲对于分布浮力单元参数十分敏感，相对于浮力单元长度来说，浮力的大小更为重要。通过对不同浮力单元参数的分析，揭示了分布浮力单元参数对于整体屈曲的影响机理。（3）初始缺陷波长及波幅对于对管道整体屈曲均有影响，但是波幅对于整体屈曲的影响更大，而缺陷波长相对影响较小。增加初始缺陷波幅相当于使管道提前发生了整体屈曲。（4）建立了可靠的双层管数值模型，得到了不同外管温度对管道整体屈曲特性的影响规律。关键词：海底裸置管道，侧向屈曲，分布浮力法，枕木法，双层管等效法ⅠABSTRACTLayinginthedeepseaoilandgaspipel

4、ines,towithstandtheroleofhightemperatureandpressure,caneasilyleadtotheoverallpipebuckling.Fordeepsea,pipesarenormallylaidbyunburiedmethods.Sleeperandbuoyancymethodsareusedasameasureoflateralbucklinginordertodividea"large"bucklingintoseveral"small"buckling.Itisofgreatimportancetostudytheove

5、rallbucklingcontrolmeasuresofunburiedpipes.Inthispaper,basedontheABAQUSsoftware,usingthepipe-soilfrictioncontactmodel,thelateralbucklingbehaviorofsubmarinepipelineswithinitialdefectswasanalyzedbyimplicitdynamicalgorithm.Aswellasthecontroleffectofinstallingsleepersonthelateralbuckling,analy

6、zingtherelationshipbetweentemperature,maximumstressandlateraldeformationamplitude.Thespringelementwasusedtosimulatethepipe-soilinteractionandanalyzedtheinfluenceoftheparametersofthebuoyancyunitonthebucklingbehavior.AccordingtothecurrentequivalentmethodofPIP,thenumericalmodelofPIPwithITT31c

7、ontactunitisestablished.TheparametersofITTunitareanalyzed,andanalyzedtheapplicabilityofequivalentmethodinABAQUSfiniteelementsimulation.Themainresearchresultsareasfollows:(1)Thesleepermethodinducedthebucklingofthepipelineinthepresetpositionwell,andtheheightofsl