海底管道與土壤的相互作用是海底管道設(shè)計中的關(guān)鍵問題之一。本文通過大型通用有限元計算軟件ABAQUS程序,土體的本構(gòu)模型(應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系)分別采用非線性彈性模型、多孔彈性模型、彈塑性模型,對管土系統(tǒng)進行有限元分析,獲得每種本構(gòu)模型各個方向的阻力位移曲線,并應(yīng)用阻力位移曲線計算在自重和環(huán)境載荷作用下單跨管道的應(yīng)力分布和位移分布的算例。 由于管道與土體是兩種不同的材料,要考慮接觸面的影響,根據(jù)軟件中所規(guī)定的建立接觸面的方法建立管道與海床這一接觸對。 1、本文用Fortran語言編寫了土壤本構(gòu)非線性彈性模型程序,并嵌入ABAQUS對海底管道進行靜態(tài)計算與分析。由計算結(jié)果得到了海底管道在土壤中的各個方向的阻力位移曲線,根據(jù)各個方向的阻力位移曲線得到了土壤相應(yīng)方向的非線性彈性剛度系數(shù)。此外,本文以海底單跨管道為例,用上述的彈性剛度系數(shù)的彈簧模擬非線性土壤,將其作為單跨管道的邊界條件,計算了單跨管道在自重和環(huán)境載荷作用下的應(yīng)力分布與其位移變化。 2、流—固—土耦合的試驗表明,滲流在管土系統(tǒng)中起著重要的作用,因此土壤的本構(gòu)關(guān)系可采用多孔彈性模型來模擬。本文編寫了土壤孔隙比隨深度變化的子程序,借助ABAQUS計算得到了管道在土壤中的各個方向的阻力位移曲線,由阻力位移關(guān)系曲線得到了土壤多孔彈性模型的彈簧剛度。運用該土壤模型模擬單跨管道在自重和環(huán)境載荷作用下與土壤接觸的邊界條件,計算分析了單跨管道的應(yīng)力分布及其位移關(guān)系。 3、土壤的變形既包括彈性變形又包括塑性變形。本文由土壤的彈塑性模型計算得到了土壤各方向的剛度系數(shù),同樣以海底單跨管道為例,由彈簧模擬管道與土壤接觸的邊界條件,考察了管道的應(yīng)力分布情況和位移變化關(guān)系。 最后,本文對三種土壤模型的阻力位移曲線的計算結(jié)果進行了比較與分析,同時本文的計算結(jié)果還與ALA規(guī)范計算結(jié)果進行了比較,研究結(jié)果表明三種土壤阻力位移曲線變化趨勢明顯不同,但多孔模型與規(guī)范最為接近,可以為海底管線的設(shè)計提供理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：P756.2
【部分圖文】：

模型尺寸圖

圖2.3土壤邊界條件力貫入法:在管道上直接施加壓力，使管道向下直接貫入某一距離，但貫入的距離小且不易預(yù)先確定。此種計算相當(dāng)于將管道的荷載加至使土壤破壞。因假定土體為非性材料，如果施加載荷過大可能會導(dǎo)致計算異常，計算不能完成，而加荷太小又不生需要的力與位移關(guān)系曲線，故要通過試算確定合理的下壓力。本文的目的是為了獲得海底管道下降深度與抗力的關(guān)系曲線，而為了確保管道不發(fā)橫向位移，所以管道的邊界條件限制X方向運動，并且要是管道不繞著Z軸旋轉(zhuǎn)，以限制繞Z軸轉(zhuǎn)角為O。管道的邊界條件如下圖圖2.4管道邊界條件圖

并且要是管道不繞著Z軸旋轉(zhuǎn)，所以限制繞Z軸轉(zhuǎn)角為O。管道的邊界條件如下圖圖2.4管道邊界條件圖2.4.3主從面選擇下圖中管道紅色邊界為主面，土壤紅色截面為從屬面，接觸選擇為面面接觸。。摩擦定義如下:法向接觸采用“硬接觸”形式，土壤的剪切摩擦系數(shù)選擇為0.4，在外荷載的作用下，施加外力使管道穿入土層，不允許管道表面與相鄰?fù)翆臃蛛x，此時管道仍然與土壤之間接觸，接觸壓力仍然存在。
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 趙冬巖;海底管道穩(wěn)定性分析綜述[J];中國海上油氣.工程;1998年05期

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本文編號：2840058