深水卷管鋪設(shè)過程中管道的關(guān)鍵力學問題研究.pdf

1、隨著淺海油氣資源的日益枯竭，海洋油氣開采逐漸由淺海向深海前進。而海底油氣的運輸主要依靠海底管道，因此，如何將陸地上的管道安全鋪設(shè)到海底是一個具有挑戰(zhàn)性的工作。當前，卷管式鋪管法作為深海管道鋪設(shè)的主要方法之一，由于鋪設(shè)效率高、鋪設(shè)費用低，所以在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。但是，在卷管鋪設(shè)過程中，管道發(fā)生數(shù)次的彎曲變形，同時使管道發(fā)生大塑性變形，卸載后管道留有很大的殘余橢圓度和殘余應(yīng)力，進而嚴重降低管道的屈曲壓力和疲勞壽命。因此，研究卷管鋪設(shè)中

2、管道的塑性變形過程，及其對管道的臨界屈曲壓力和疲勞壽命的削減程度是非常重要的。
　　首先，利用有限元軟件ABAQUS建立更加符合實際工況的卷管鋪設(shè)的有限元模型，并對管道進行了卷管鋪設(shè)過程的動態(tài)仿真分析，研究了管道在卷管鋪設(shè)過程中管道的軸向應(yīng)力應(yīng)變歷史、應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系以及管道的彎曲曲率、截面橢圓度歷史，并且驗證了模型的準確性。
　　其次，通過對多種不同工況進行數(shù)值模擬，然后進行參數(shù)敏感性分析，研究了不同的管道外徑、徑厚比、鋼材

3、級別對管道橢圓度損傷的影響。
　　然后，把卷管鋪設(shè)后帶有橢圓度損傷的管道作為初始模型，在外壓載荷下進行非線性屈曲分析，計算出帶殘余橢圓率管道的臨界屈曲壓力，并且和完好管道的塑性屈曲理論值進行對比。
　　最后，把卷管鋪設(shè)后帶有殘余應(yīng)力的一段管道作為海底懸跨管道，計算其發(fā)生渦激振動時管道的應(yīng)力時程，得到管道的應(yīng)力幅值和平均應(yīng)力，然后基于線性累積損傷理論和修正的S-N曲線計算懸跨管道的疲勞壽命，研究了殘余應(yīng)力對管道疲勞壽命的削減程