本文關(guān)鍵詞：海底跨斷層輸氣管道斷層作用下的數(shù)值模擬與分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：油氣資源的深海開采和跨國運(yùn)輸需要海底管道跨越更廣的范圍完成其能源輸送職能,管道會(huì)不可避免穿越斷層活動(dòng)區(qū),斷層荷載對(duì)管道安全的威脅越來越大。而目前國內(nèi)外海底管道設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)此類工況考慮不足,因此有必要開展跨斷層海底管道在斷層錯(cuò)動(dòng)作用下的力學(xué)研究。本文以輸氣管道為例,采用ABAQUS軟件進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了管道在斷層錯(cuò)動(dòng)作用下的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律并為海底管道跨斷層設(shè)計(jì)提供了參考。主要研究內(nèi)容包括以下方面:(1)在必要的模型簡化和理論假設(shè)基礎(chǔ)上,基于ABAQUS軟件建立了可以考慮管道幾何大變形和管土非線性耦合作用的跨斷層海底輸氣管道的有限元模型。基于管道跨斷層解析計(jì)算理論首次提出能夠綜合考慮小變形管段軸向和彎曲變形對(duì)大變形管段力學(xué)影響的等效邊界并給出了具體的公式推導(dǎo),完成了等效邊界模型的準(zhǔn)確性和優(yōu)良性驗(yàn)證。(2)分析了跨斷層海底管道在不同斷層荷載作用下的主要破壞模式,并基于應(yīng)變設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則建立起可以綜合衡量各類破壞形式的管道安全性能評(píng)價(jià)體系。完成了海底輸氣管道分別穿越走滑斷層、正斷層和逆斷層時(shí)管道的具體破壞歷程分析與安全評(píng)價(jià)。(3)將影響管道在斷層荷載作用下響應(yīng)的參數(shù)分為管道自身參數(shù)、管-土耦合參數(shù)以及海床土特性等,分別探究了它們對(duì)管道在三類斷層作用下力學(xué)響應(yīng)的影響趨勢,給出管道跨斷層參數(shù)選擇的定性判斷依據(jù)。(4)采用均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)的方法,將參數(shù)分為管道相關(guān)參數(shù)和海床土參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模型試驗(yàn),選取管道破壞的臨界斷層位移作為評(píng)價(jià)指標(biāo),基于多元回歸理論建立了管道破壞位移與各類參數(shù)之間的表達(dá)式。進(jìn)一步分析了各類參數(shù)對(duì)管道安全性能的影響權(quán)重和部分參數(shù)之間的交互作用。(5)探討了GFRP材料在跨斷層海底管道補(bǔ)強(qiáng)領(lǐng)域的應(yīng)用,分析了GFRP加強(qiáng)層厚度、管道加強(qiáng)長度和加強(qiáng)位置等對(duì)管道力學(xué)性能的影響程度,并探究了加強(qiáng)層對(duì)管道不同穿越角度的適應(yīng)能力。
【關(guān)鍵詞】：海底管道 活動(dòng)斷層 數(shù)值模擬 參數(shù)設(shè)計(jì) 均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn) 管道補(bǔ)強(qiáng)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE973
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題來源及研究的背景和意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析12-16
• 1.2.1 解析方法研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 模型試驗(yàn)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.4 文獻(xiàn)綜述分析16
• 1.3 本文研究內(nèi)容和方法16-18
• 第2章 跨斷層海底輸氣管道模型的建立和驗(yàn)證18-32
• 2.1 模型的簡化與基本假設(shè)18-19
• 2.2 模型材料的力學(xué)性能19-22
• 2.2.1 管道的力學(xué)模型19-20
• 2.2.2 海床土的力學(xué)模型20
• 2.2.3 管道與海床土接觸特性20-22
• 2.3 等效邊界與等效邊界模型22-26
• 2.3.1 等效邊界的推導(dǎo)22-25
• 2.3.2 等效邊界模型的建立25-26
• 2.4 等效邊界模型的驗(yàn)證26-31
• 2.4.1 足尺模型的建立與驗(yàn)證27-28
• 2.4.2 三類邊界模型的對(duì)比分析28-30
• 2.4.3 等效邊界適用性驗(yàn)證30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第3章 管道在三類斷層荷載下的破壞與評(píng)價(jià)32-47
• 3.1 跨斷層海底管道的破壞模式32-35
• 3.1.1 斷層簡介32-33
• 3.1.2 海底管道的破壞模式33-35
• 3.2 海底管道破壞的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則35-38
• 3.2.1 常用的兩類評(píng)價(jià)準(zhǔn)則及對(duì)比35-36
• 3.2.2 基于不同失效模式的管道應(yīng)變設(shè)計(jì)準(zhǔn)則36-38
• 3.3 不同斷層機(jī)制下海底輸氣管道的破壞歷程38-45
• 3.3.1 走滑斷層機(jī)制下管道的響應(yīng)39-42
• 3.3.2 正斷層機(jī)制下管道的響應(yīng)42-43
• 3.3.3 逆斷層機(jī)制下管道的響應(yīng)43-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第4章 海底輸氣管道參數(shù)設(shè)計(jì)和均勻試驗(yàn)分析47-73
• 4.1 管道自身參數(shù)設(shè)計(jì)47-54
• 4.1.1 管徑的影響47-49
• 4.1.2 壁厚的影響49-51
• 4.1.3 管材的影響51-52
• 4.1.4 工作壓強(qiáng)的影響52-54
• 4.2 管-土耦合參數(shù)設(shè)計(jì)54-58
• 4.2.1 管道穿越角度的影響54-56
• 4.2.2 管道埋深的影響56-58
• 4.3 海床土特性參數(shù)設(shè)計(jì)58-60
• 4.4 跨走滑斷層管道的均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)60-71
• 4.4.1 均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法簡介61-62
• 4.4.2 均勻設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的確立62-63
• 4.4.3 管道參數(shù)的均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)63-67
• 4.4.4 海床土特性的均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)67-71
• 4.4.5 管道均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的工程應(yīng)用和局限71
• 4.5 本章小結(jié)71-73
• 第5章 GFRP在跨斷層海底管道補(bǔ)強(qiáng)領(lǐng)域的應(yīng)用探討73-81
• 5.1 FRP材料簡介及工程應(yīng)用73-74
• 5.2 GFRP對(duì)管道補(bǔ)強(qiáng)效果的分析與參數(shù)設(shè)計(jì)74-79
• 5.2.1 管道加強(qiáng)模型的建立74-75
• 5.2.2 GFRP加強(qiáng)層補(bǔ)強(qiáng)效果探討75-76
• 5.2.3 GFRP加強(qiáng)層的參數(shù)設(shè)計(jì)76-79
• 5.3 本章小結(jié)79-81
• 結(jié)論81-83
• 參考文獻(xiàn)83-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文88-90
• 致謝90

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本文編號(hào)：256128