深水海底管道铺设的非对称屈曲及失稳机理研究

摘要

海底管道是深海油气开发建设工程的重要组成部分,特殊的工作环境和设计需要决定了管道铺设过程具有不可预见的风险性。深海油气管道在铺设过程中,要经受弯曲和外部巨大静水压力的作用,同时材料非线性和几何非线性的存在使得管道受力变得更为复杂。管道在深海铺设过程中极易发生局部屈曲,局部屈曲发展到一定程度会产生失稳,在静水压力作用下屈曲将沿着管道轴线方向进行传递,进而使得管道结构发生失效而丧失承载能力,导致整条管道报废,由此将造成巨大的经济损失。由此可见,开展深海油气管道铺设过程中的屈曲分析及失稳机理的研究具有重要的工程意义。
　　 本文通过对已有对称屈曲理论进行扩展,提出了具有初始缺陷管道的非对称屈曲理论,对不同荷载组合和加载路径下管道的承载能力、截面变形等一系列问题进行了较为系统深入的研究。主要研究工作概述为以下几个方面:
　　 (1)深海油气管道铺设的非对称屈曲理论。结合实际深水海底管道铺设过程中管道的受力特点,建立了在弯曲、静水压力以及弯曲和静水压力组合作用下具有任意初始几何缺陷的管道的非对称屈曲分析方法。
　　 (2)管道的有限元数值模拟分析。建立了管道在弯曲、静水压力以及弯曲和静水压力组合作用下三维有限元数值模型,分析了管道的受力性能以及相应的屈曲响应,并与理论分析结果进行比较以验证理论方法的正确性。
　　 (3)分析不同的荷载组合、加载路径、管道径厚比、初始几何缺陷、材料性能等因素对管道抗屈曲能力的影响并对它们的影响机理进行研究。
　　 本文的研究工作受到“十一五”国家高技术研究发展计划(863计划)重大专项课题“深水海底管道铺设技术”(2006AA09A105)、国家自然科学基金(51009122),以及中央高校基本科研业务费专项基金(2010QNA4030)的资助。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 深海油气管道铺设的非对称屈曲基本理论研究

2.1 管道初始几何缺陷的描述

2.2 非线性环理论

2.3 材料本构关系

2.4 虚功方程

2.5 数值计算

2.6 本章小结

第3章 静水压力作用下管道的非对称屈曲及失稳机理研究

3.1 非对称屈曲理论

3.2 计算结果分析

3.3 数值模拟分析

3.4 参数分析

3.5 本章小结

第4章 纯弯作用下管道的非对称屈曲及失稳机理研究

4.1 非对称屈曲理论

4.2 计算结果分析

4.3 数值模拟分析

4.4 参数分析

4.5 本章小结

第5章 弯曲和静水压力组合作用下非对称屈曲及失稳机理研究

5.1 非对称屈曲理论

5.2 计算结果分析

5.3 数值模拟分析

5.4 参数分析

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 本文主要创新点

6.3 展望

参考文献

附录

A.1 非对称屈曲分析程序的输入参数

A.2 非对称屈曲分析程序的计算步骤(以静水压力作用下为例)

A.3 计算结果的输出形式

作者简历

个人简介

硕士在读期间获得荣誉奖励

硕士在读期间发表学术论文

硕士在读期间参与科研项目