海底管道是天然氣水合物大規(guī)模開采和集輸?shù)年P(guān)鍵裝備。天然氣水合物的開采過程會(huì)擾動(dòng)沉積層的結(jié)構(gòu),改變沉積層的強(qiáng)度和力學(xué)特性,誘發(fā)海床發(fā)生不均勻沉降,并對水合物開采區(qū)內(nèi)海底管道的力學(xué)特性產(chǎn)生影響,如引起管道發(fā)生大變形、懸跨、屈曲、斷裂等。基于ABAQUS有限元軟件,建立天然氣水合物開采區(qū)內(nèi)"海床-管道"耦合作用模型,模擬了天然氣水合物開采過程中海床沉降變形及其對管道應(yīng)力、應(yīng)變、彎矩、懸跨等力學(xué)行為的影響。研究結(jié)果表明,在天然氣水合物開采過程中,海床的不均勻沉降將引起管道發(fā)生顯著位移并發(fā)生彎曲,管道的應(yīng)力、應(yīng)變隨著變形的增大而增大。當(dāng)海床沉降量達(dá)到某一程度時(shí),管道將脫離海床,產(chǎn)生懸跨,并引發(fā)渦激振動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

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【部分圖文】：

圖1管道模型

基于ABAQUS有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，管道模型全長600m，管道半徑0.31m，厚度0.02m，如圖1所示。管道模型采用X65鋼，主要材料參數(shù)如表1所示。ABAQUS中適用于接觸問題的單元須為減縮積分單元[10]，因此管道采用減縮積分的4節(jié)點(diǎn)曲面殼單元(S4R)，該單元是....

圖2海床模型

將海床的不均勻沉降作為海底管道力學(xué)分析的邊界條件，基于有限單元法的實(shí)體單元模擬水合物儲(chǔ)層被開挖后海床的沉降變形過程，構(gòu)造出“等效的”不均勻海床表面變形形態(tài)，不需要對水合物開采過程中的熱量傳遞、固氣轉(zhuǎn)變等過程進(jìn)行分析。分析時(shí)，海床選擇減縮積分的8節(jié)點(diǎn)六面體單元(C3D8R)，該單元....

圖3海床的不均勻沉降模擬

“生死單元”功能是為了克服有限元本身缺陷提出的一種分析方法，被廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)開采、隧道鉆進(jìn)、基坑開挖等巖土工程領(lǐng)域，用來模擬被開挖部分“消失”的情況[11-12]。該單元彌補(bǔ)了有限單元法常規(guī)單元的不足。由于有限元本身是基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的，所研究的物體需要是連續(xù)的，在這樣的理論框架....

圖4海床位移云圖

通過ABAQUS進(jìn)行數(shù)值模擬，對水合物進(jìn)行分步開采，得到開采過程中的每一步海床沉降量及形態(tài)分布結(jié)果，如圖4、圖5所示。提取第5、第7、第9和第10步開采的位移云圖，開采影響范圍分別為100m、140m、180m和200m，分別如圖5所示。從圖中可以明顯的發(fā)現(xiàn)，隨著開采范圍....

本文編號(hào)：3978362