输气管道定向钻穿越技术仿真研究

摘要

“输气管道定向钻穿越技术仿真研究”是一项实际工程研究课题，目标是完成管道穿越河道技术的仿真研究。课题将通过ANSYS实体仿真的方法，分析输气管道穿越河道技术的力学性能，为管道穿越河道技术的设计提供重要的理论技术支持。 本文首先阐述了定向钻穿越技术的特点、系统组成和施工工序，并对穿越曲线的设计和回拖载荷的计算进行了理论分析。 其次分析了工程接触问题的原理及其有限元解法。给出了几种典型的接触有限元方程；同时还研究了有限元工程分析软件-ANSYS的接触模块，分析了其实体接触单元和面面接触的方法，总结了ANSYS实体接触仿真的步骤。 再次利用ANSYS软件并结合APDL语言，建立了定向钻管道回拖的有限元仿真模型。在此基础上，完成了不同穿越曲率半径、不同入土角、不同出土角、不同管径和壁厚以及不同穿越岩层下，管道回拖的有限元仿真分析工作；总结了管道力学性能的变化规律。同时完成了管道自重下弯曲变形的理论分析，并对不同管长的管道进行了有限元仿真分析，得到了管道长度和自重弯曲半径之间的关系。 最后根据管道的回拖力、管道应力、管道接触应力和管道接触压力的变化规律，按照给定的原则对定向钻穿越曲线的关键参数进行了优选取值。完成了定向钻穿越曲线的优选取值工作。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题的提出

1.2管道穿越技术研究现状

1.2.1 定向钻法

1.2.2盾构法

1.2.3顶管法

1.3 计算机仿真的广泛应用

1.4 课题研究的主要内容

第二章 定向钻管道穿越河道技术理论研究

2.1定向钻技术特点

2.2定向钻系统组成

2.3定向钻管道穿越施工程序

2.4定向钻穿越曲线设计

2.5定向钻回拖载荷计算方法

2.5.1管道回拖受力状态分析

2.5.2回拖拉力计算方法分析

2.6小结

第三章　接触问题理论分析及ANSYS仿真

3.1 接触问题理论分析

3.1.1接触表面非线性

3.1.2接触面条件

3.1.3接触问题的一般求解过程

3.2 接触问题有限元方程

3.2.1 接触界面的离散处理

3.2.2接触问题的常用有限元求解方程

3.2.3有限元求解方程的显式解法

3.2.4有限元求解方程的隐式解法

3.3 ANSYS接触模块简介

3.3.1 ANSYS有限元分析软件简介

3.3.2 ANSYS接触能力

3.3.3 ANSYS面-面接触分析

3.4 小结

第四章 管道自重有限元仿真

4.1 管道自重研究的意义

4.2 管道自重理论分析

4.3 管道自重有限元仿真

4.4 小结

第五章 定向钻管道回拖建模方法

5.1 APDL语言简介

5.1.1语言特点

5.1.2参数和表达式

5.1.3分支和循环

5.2定向钻管道回拖仿真建模方法

5.2.1 穿越曲线入土段建模方法

5.2.2 穿越曲线出土段建模方法

5.2.3 穿越曲线弯曲段建模方法

5.3 小结

第六章 定向钻管道回拖力学性能有限元仿真

6.1入土角不同的管道回拖仿真分析

6.2 出土角不同的管道回拖仿真分析

6.3不同穿越曲率半径的管道回拖仿真分析

6.4不同外径和壁厚的管道回拖仿真分析

6.5特定穿越岩层下管道回拖仿真分析

6.6基于仿真结果的穿越曲线关键参数的优选取值

6.7 小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢