管中管结构外管塌陷对内管强度的影响

摘要

管中管(PIP)结构以其良好的保护特性在海底输流管道中得以广泛使用,但在海洋复杂环境中,受外部静水压力、腐蚀、局部拖挂、地层垮塌等因素的影响,外管容易出现局部塌陷,从而使内管的安全使用受到影响。基于此,对外管塌陷下内外管碰撞接触面特性、内外管接触碰撞算法进行了分析,对接触状态下内管接触应力、等效应力和无接触下内管等效应力计算方程进行了推导,并应用有限元软件Anysy进行了PIP结构外管塌陷数值模拟。研究表明,外管塌陷与内管产生接触碰撞后,内管最大应力和变形量均随相对塌陷深度的增大而显著增大,外管壁厚对内管最大应力和变形量影响较小;在塌陷深度一致情况下,塌陷位置距内管中心越远,内管最大应力越大。该研究为PIP结构的设计和安全运行提供了理论基础。