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基於ABAQUS的海底管道靜水壓潰壓力的敏感性分析

浏览次数:448日期:2019-11-19
中國鋼管信息港社會各界報道:海底管道是國家能源的大動脈,它的安全運營對國家經濟發展的影響重大 。采用單級節流孔板或二級同心圓節流孔板的形式時,都將產生大尺寸渦流和空化現象 ,從而導致管道產生劇烈振動。
  二級偏心多孔節流孔板前後壓力分布圖二級偏心多孔節流孔板前後壓力分布圖優化後節流孔板的刨麵圖第二級節流孔板左視)采用二級偏心多孔節流孔板形式時,產生的渦流較小,同時出現空化現象的機率較小,因此不會導致管道產生劇烈振動,可以很好地發揮節流降壓的感化。隨著新技術、新材料的利用 ,管道的剛度相對愈來愈柔,厚度相對愈來愈薄,成為典型的薄殼結構。這類薄殼結構在本身缺陷和外力感化下可能發生局部的屈曲失穩破壞,即管道的壓潰 。當這類壓潰發生後,若滿足定條件還可能發生屈曲傳播,這不僅會大大增加管道修複所需的用度,同時在環境上也會造成嚴重的影響。是以,分析各種身分對管道靜水壓潰壓力的敏感性影響,從而在管道設計、製造、展設和運營過程中對這些敏感性身分進行公道的控製,具有明顯的現實意義。
  本文應用ABAQUS有限元分析軟件對海底管道的徑厚比 、初始橢圓度、軸向拉力和彎矩對壓潰壓力的敏感性進行分析,以確定這些身分對靜水壓潰壓力的影響關係。
  1海底管道靜水壓潰的敏感性身分選擇海底管道靜水壓潰的敏感性身分首要來自兩個方麵,方麵是幾何特征,另一方麵是外部受力 。在幾何特征方麵,本文的分析針對初始橢圓度、徑厚比的影響進行;在外部受力方麵,分析針對軸向拉力和彎矩的影響進行。其中,彎矩的影響以彎曲曲率對壓潰壓力的變化關係體現3. 2基於ABAQUS的管道靜水壓潰分析方法有限元軟件ABAQUS軟件具有較強的非線性計算能力,通過模型的局部調整可以較便利地修改各種敏感性身分,進行大批量的分析。本文中利用ABAQUS軟件 ,首要目標為求解管道在不同條件下的局部屈曲臨界壓力(即壓潰壓力),是以分析類型為屈曲分析。
  中國鋼管信息港社會各界報道:關於屈曲分析,ABAQUS軟件提供了特征值屈曲分析和非線性屈曲分析兩種方法,以確定結構的臨界荷載和結構發生屈曲響應時的特征外形。特征值屈曲分析用於展看一個理想彈性結構的理論屈曲強度(分叉點)。該方法相當於彈性屈曲分析方法,例如一個柱體結構的特征值屈曲分析的結果,將與經典歐拉解相當 。但是,實際結構的缺陷和非線性等會使載荷還未達到理論的彈性屈曲載荷時就發生失穩,是以特征值屈曲分析通常給出非守舊的結構。非線性屈曲分析采用非線性技術,分析模型中就可以考慮結構的初始缺陷、結構的塑性行為、間隙和大變形響應等題目,也可以跟蹤屈曲情況下的後屈曲行為,因此它的結果更接近實際情況。不過,非線性屈曲分析對計算機要求也很高,計算時間、內存需求、硬盤存儲空間消耗量均遠大於特征值分析。
  本文研究中為確保壓潰壓力的精確性,分析采用非線性屈曲分析的方法。本文進彀算了4種常用徑厚組合的海底管道,它們分別是外徑203.2mm壁厚10mm;外徑325mm壁厚6mm;外徑325mm壁厚10mm和外徑406mm壁厚10mm管道實體模型圖的管道,分別對其進行初始橢圓度、軸向力和曲率的敏感性分析。
  3海底管道靜水壓潰的分析模型管道采用實體單元建模(如),為克服剪切自鎖的影響,分析單元采用實體非協調單元C3D8I.在管道一端延長出一小部分長度段 ,以便於軸向力和彎矩利用耦合控製點進行加載,如。
  模型耦合區域放大圖在網格劃分上,采用結構化的劃分方式 ,沿管道壁厚方向劃兩層單元,其它方向的單元標準約取2~4倍管道壁厚。
  在束縛和加載方麵,模型在耦合的一段利用控製點加載軸向力和彎矩,在非耦合的段施加剛性束縛,如。
  模型加載束縛示意圖分析對象的材料為APIX65型鋼材,其材料方麵參數根據Ramberg-Osgood模型曲線確定。分析過程采用非線性分析來實現,對加載的最小步上進行控製以保證分析結果有足夠的精度。
  4初始橢圓度敏感性分析在分析初始橢圓度對管道靜水壓潰壓力的影響時,建模將管道建成帶有初始橢圓度的實體模型。初始橢圓度的存在已對管道形成了初始缺陷,在進行非線性屈曲分析時不必再施加其它缺陷,可直接加載分析。
  對於壓潰壓力的初始橢圓度敏感性分析,分別針對3種外徑壁厚組合:325mmx10mm、325mmx6mm、406mmx10mm,5種初始橢圓度(0.1%~0.5%進行純靜水壓感化下的屈曲分析。初始橢圓度的選取DNV相關規範對管道橢圓度的要求'這15組計算結果匯總於和。中國鋼管信息港社會各界報道