【摘要】：不可控的異常側(cè)向屈曲是導(dǎo)致海底管道破壞的一個(gè)主要因素。分布浮力法通過安裝浮筒,主動(dòng)激發(fā)可控制的側(cè)向屈曲,釋放過高的有效軸力,從而降低管道發(fā)生異常側(cè)向屈曲的風(fēng)險(xiǎn)。分布浮力式海底管道運(yùn)行中存在諸多不確定性因素,如管道的參數(shù)、管土間接觸、管道初始缺陷等,因此,進(jìn)行分布浮力式海底管道的可靠度分析尤為重要。本文基于分布浮力式海底管道側(cè)向屈曲的理論模型,建立了浮筒串聯(lián)體系可靠度分析模型,開展了可靠度分析,并對(duì)分布浮力式海底管道的布置方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先,結(jié)合不確定性因素,以分布浮力式海底管道側(cè)向屈曲理論為基礎(chǔ),定義了單個(gè)浮筒處的失效模式�？紤]管道結(jié)構(gòu)發(fā)生強(qiáng)度破壞和屈曲失效,引入管道不直度(Out-of-straightness,OOS)和載荷控制準(zhǔn)則(Load Controlled Criteria,LCC),定義了三個(gè)失效模式:OOS處發(fā)生異常屈曲、浮筒處未發(fā)生預(yù)定屈曲、不滿足LCC。當(dāng)三個(gè)失效模式都不發(fā)生時(shí),才表示單個(gè)浮筒位置處未發(fā)生失效。與前人研究結(jié)果相比,本文定義的失效模式更合理。此外,本文在建立功能函數(shù)的過程中定義了軸力指標(biāo),并使用代理模型方法對(duì)功能函數(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)化。然后,基于單個(gè)浮筒處的功能函數(shù)和多個(gè)浮筒布置方案,建立了浮筒串聯(lián)體系的可靠度分析模型�？煽慷饶Ｐ褪褂妹商乜宸�,充分考慮管道后屈曲力學(xué)行為和相鄰屈曲的相互作用。通過在單次蒙特卡洛計(jì)算中依次對(duì)每個(gè)浮筒位置進(jìn)行三個(gè)失效模式的判定,得到體系可靠度。分析了管道中屈曲前軸力的變化規(guī)律,結(jié)果表明屈曲前軸力總是呈現(xiàn)上下波動(dòng),且波動(dòng)幅度逐漸減小。分析了OOS對(duì)體系可靠度的影響,研究發(fā)現(xiàn)OOS與后方浮筒距離越大,體系可靠度越大,當(dāng)不考慮OOS時(shí),體系可靠度與浮筒個(gè)數(shù)和管道長(zhǎng)度無關(guān)。最后,基于浮筒串聯(lián)體系可靠度模型,對(duì)分布浮力式海底管道的浮筒布置方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)海底管道相關(guān)規(guī)范和管道后屈曲狀態(tài),定義了安全性能指標(biāo)和控制性能指標(biāo)。以浮筒參數(shù)為設(shè)計(jì)變量,優(yōu)化了串聯(lián)體系可靠度。綜合考慮管道的安全性能和控制性能,進(jìn)行了基于可靠度的多目標(biāo)性能優(yōu)化�？紤]管道布置成本和控制性能,進(jìn)行了基于可靠度的多目標(biāo)成本優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果為管道設(shè)計(jì)提供了重要參考。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P756.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2744879