海底管道止屈器形式与设计方法研究概述

海底管道的屈曲传播特性对于其整体安全性是极其不利的,一旦发生屈曲传播,会使整个海底管道结构发生失效破坏,为了解决屈曲传播问题同时兼顾经济性的考虑,可以在海底管道上安装止屈器。通过对国外已有止屈器资料的广泛深入调研,首先对止屈器的主要形式进行了总结和对比分析,然后对止屈器的设计方法和流程进行了简要总结。为我国深水海底管道铺设过程中止屈器的选择和设计提供有益的参考。     

深水管道抗压承载力海上试验设想与分析

截至目前,国内外少有成功开展深水管道抗压承载力海上试验的案例,而海上试验对于验证室内压力舱模拟试验结果可靠性是非常必要的。对深水管道屈曲压溃及屈曲传播海上试验进行了设想和分析,并设计了试验流程。考虑到室内压力舱的加载特性,屈曲传播试验会受到若干因素影响,结合数值模拟,考虑屈曲传播海上试验中可能出现的各种加载条件对管道屈曲传播压力的影响进行了研究。数值模拟的结果与室内压力舱试验的结果之间存在一定差异,对该现象存在的原因进行了分析。还对试验中可能存在的问题及需要注意的关键难点提出了解决方案。     

不同径厚比的海底管道压溃屈曲研究

为了探索不同径厚比海底管道的压溃屈曲特性,本文分别采用挪威船级社（Det Norske Veritas,DNV）规范、有限元模拟和深海压力舱模型试验,研究不同径厚比海底管道承载外部水压的能力,并就DNV规范压溃屈曲计算公式对不同径厚比管道的适用性进行了讨论,优化了小径厚比海底管道压溃屈曲的设计方法。研究表明：小径厚比管道的压溃屈曲临界压力对管道径厚比的变化更敏感;DNV规范计算小径厚比管道的压溃屈曲临界压力偏小,在进行深海管道的压溃屈曲设计时,建议采用模型试验结合有限元模拟的方法,计算管道实际可提供的压溃屈曲承载力。     

椭圆度-凹坑双缺陷海底管道局部屈曲特性研究

海底管道在制造、埋设以及使用过程中极易产生椭圆度-凹坑双缺陷,双缺陷影响管道局部屈曲,对含椭圆度-凹坑双缺陷海底管道的局部屈曲特性研究十分必要。现行规范中采用等效椭圆度对含椭圆度-凹坑海底管道进行评估,该方法无法准确评估不同缺陷形式的屈曲特性。采用形状系数对含椭圆度-凹坑双缺陷的海底管道进行评估,运用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,并进行试验验证。在此基础上对含有不同凹坑深度、不同椭圆度的海底管道进行局部屈曲的数值模拟,计算不同形状椭圆度、含有不同凹坑深度海底管道的形状系数,对其进行敏感性分析。计算结果表明:形状系数对海底管道椭圆度、凹坑深度、径厚比敏感性较强;对凹坑宽度敏感性较弱。     

刚性连接双层海底管道高温侧向屈曲分析方法研究

以惠州25-3/1双层海底管道为例,提出高温荷载下刚性连接双层海底管道的侧向屈曲分析方法,并研究该类管道的侧向屈曲特性.将解析分析与有限元技术相结合,在提出刚性连接双层海底管道屈曲分析方法的同时,发展了Hobbs公式的应用范围,使其成为屈曲分析有限元建模指导工具.以分析不稳定平衡问题的改进Riks方法被证明为高温海底管道屈曲分析的有效算法,得到的弧长-载荷比例因子曲线能够充分地描述双层管道的屈曲失稳过程.惠州管道的分析结果表明,刚性连接双层海底管道的整体热稳定性较高,在海床上一般不容易发生侧向屈曲,但热荷载作用下内管的后屈曲将有可能引发较高的应力集中,对此需要充分校核;另外环空间隙的减小有利于提高内管的临界屈曲载荷,从而提升管道的整体性能.     

含初始缺陷海底管道侧向屈曲临界力的参数解

未埋设的海底管道在高温高压运行条件下可能发生侧向屈曲,情况严重时影响海底管道的结构安全。侧向屈曲临界力作为判定海底管道发生侧向屈曲的重要依据,主要影响因素有初始缺陷、管土相互作用等。现有关于侧向屈曲临界力的公式并未考虑管土相互作用、缺陷不平直度和管道自身材料特性对侧向屈曲临界力的综合影响。建立含有通用几何初始缺陷海底管道的数值模型,使用Riks算法进行参数分析以研究极限侧向土壤阻力、管道缺陷不平直度和截面几何尺寸对海底管道侧向屈曲的具体影响。基于量纲分析法和多元线性回归,推导出海底管道侧向屈曲临界力关于上述3个影响参数的一般公式,并对该公式进行了检验,结果表明文中推导的公式在参数涵盖的研究范围内有效。     

海底埋设高温管道隆起屈曲数值模拟研究

高温是引发海底管道整体屈曲失效的主要因素,而海床上存在的局部隆起使得高温埋设管道更加容易发生隆起屈曲。这里重点研究海底埋设高温管道发生隆起屈曲的临界温度载荷及其影响因素,提出了一种简化的数值模拟分析模型,同已有的相关实验结果比较表明,本方法可以较好地近似计算高温管道的隆起屈曲。基于本方法开展的参数分析,得到了管道覆土高度、混凝土配重层厚度、海床不平整对海底高温管道发生隆起屈曲的影响趋势。     

深水压力舱海底管道屈曲试验进度优化研究

天津大学深水压力舱的建设对于深水结构屈曲等研究提供了很大的便利,通过试验研究深水海底管道屈曲,由于试验的复杂性和特殊性,试验过程没有现成的经验,实验室开始试验耗费很大的人力物力,试验过程很容易出现误工现象,因此有必要对试验的进度进行调整优化.利用Project软件对试验进度进行安排,并给出合理的建议和实施措施,对于以后...     

海底埋设双层管管道隆起屈曲分析

海底埋设双层管管道隆起屈曲分析是海洋管道设计的重要技术之一。在管道隆起屈曲分析中实现管土作用和内外管相互作用的准确模拟一直是工程应用追求的目标,也是其中的难点。利用管土作用单元和管中管单元等技术,建立了海底埋设双层管管道隆起屈曲分析有限元模型。该模型不但考虑了管道初始形状、压力、温差载荷、管道材料非线性等常规因素,还考虑了非线性管土作用和内外管相互接触作用,并能对管道屈曲前和屈曲后全程进行模拟。应用该模型,计算了一条高温高压埋设双层管管道隆起屈曲过程中的应力等。算例表明该模型有较好收敛性,能对一般海底高温高压埋设双层管管道隆起屈曲进行准确模拟。     

Patran与Abaqus技术在海底管道屈曲分析中的应用研究

针对海底管道屈曲稳定性问题,应用Patran二次开发技术,提出海底管道屈曲分析的参数化自动建模方法,其中核心问题为在Patran中直接建立楔形体单元组成止屈器几何形状以及管道表面skin单元的创建等,生成Abaqus可识别的数据文件。通过算例分析,将计算结果与全尺寸试验和DNV-OS-F101规范进行对比,验证了方法的可靠性。