基于管土耦合的海底管跨涡激疲劳分析程序.pdf

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1、2O11年第4O卷石油矿场机械第2期第1页0ILFIELDEQUIPMENT2O11，40(2)：1～4oo文章编号：1001-3482(2011)02—0001-04基于管土耦合的海底管跨涡激疲劳分析程序谢丽婉，陈国明，鞠少栋，许亮斌。(1．中国石油大学海洋油气装备与安全技术研究中心，山东东营257061；2．中海油研究总院，北京100027)摘要：由于海流冲刷，海底管线在服役期间会在某些管段形成管跨，管跨的涡激振动是引发海底管线疲劳失效的主要因素之一。基于VisualBasic环境开发海底管跨涡激疲劳分析程序，利用所封装的ANSYS软件建立管土耦合非线性管跨有限

2、元模型，依据Miner线性累积损伤理论，采用N曲线法计算管跨在海流作用下的疲劳损伤，并与SHEAR7软件的计算结果进行对比验证，开发的疲劳分析程序具有较高的精度和工程应用价值。关键词：管跨；涡激振动；管土耦合；疲劳分析中图分类号：TE88文献标识码：AVIVFatigueAnalysisProgramforSubmarinePipelineSpanBasedonPipe-soilCouplingModelXIELi—wan。CHENGuo—ming，JUShao—dong，XULiang—bin。01．Centreof0{{ShoreEngineeringandSa

3、fetyTechnology，ChinaUniversityofPetroleum，Dongying，257061，China；2．CNOOCResearchInstitute，Beijing100027，China)Abstract：Becauseoftheoceancurrentscour，pipelinespansappearinsomepipesectionsduringtheserviceperiod，thevortex—inducedvibrationofsubmarinepipelinespanisoneofthemainfac—torsresulti

4、nginfatigue．ByusingVisualBasictools，VIVfatigueanalysisprogramforsubmarinepipelinespanwasdevelopedbyintegratingwithANSYSsystem，basedonpipe—soilcouplingnon—linearmode1．ThefatiguedamageofafreespanningpipelinewascalculatedbyapplyingMinerlin—earcumulativedamageformulaandNcurvemethod．Compari

5、ngwithsimulationresultsofSHEAR7，thesimulationmodulehasenoughprecisionandpracticalvalue．Keywords：pipelinespan；vortexinducedvibration；pipe—soilcoupling；fatigueanalysis无论采取何种方式铺设海底管线，由于海床表导致疲劳破坏，极大缩短管线的服役寿命]。因此，面的凹凸不平、海水对管线附近土壤的冲刷作用、管快速准确评估海底管跨的疲劳损伤对保障海底管线线的残余应力或热变形等原因，管跨的出现都是不的安全运行具有重要意义

6、。时米波等利用管跨管土可避免的n]。海底悬空管线长期承受波浪海流引耦合模型进行了涡激振动模拟_4；朱红卫等开发的发的水动力作用，会因振动而承受交变载荷作用，特海底管跨振动仿真模块实现了管跨结构的动力仿真别是，当流速较大时会产生剧烈的涡激振动而很快功能]。本文则采用ANSYS软件建立管土耦合作收稿日期：2010-08—10基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金项目(20060425506)；中央高校基本科研业务费专项资金项目(09CX05008A)作者简介：谢丽婉(1984一)，女，福建龙岩人，硕士研究生，主要研究方向为海底管道安全保障技术，E—mal：xieliw

7、an@126．C01TI。石油矿场机械2011年2月用的管跨模型，利用VisualBasic环境开发海底管1．3疲劳损伤计算跨涡激疲劳分析程序，依据Miner线性累积损伤理N曲线定义为论，采用9N曲线法计算管跨涡激作用下的疲劳损N一C×S_(2)伤，并与SHEAR7软件计算结果进行对比，开发的式中，N为S—N曲线定义的在应力水平S时失效疲劳程序计算精度可满足工程需要。的应力循环次数；m为疲劳指数；C为疲劳强度特征常数。1管跨管土耦合模型的建立及疲劳损伤根据Miner线性累积损伤理论，疲劳损伤D为计算D一∑Iti(3)』1．1管土非线性作用弹簧模型曲线的确定对海底