【摘要】：海底管道在海洋油氣開發(fā)中扮演著重要的角色,其安全可靠性也一直廣受關(guān)注,一旦發(fā)生管道破損事故,將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的生態(tài)破壞。環(huán)境因素和人為因素常常會(huì)使海底管道表面產(chǎn)生缺陷,缺陷的產(chǎn)生降低了管道的極限承載力,從而增加了管道失效的概率,是造成管道失效事故的主要原因之一。凹槽、凹陷、裂紋等是管道上常見的幾種缺陷類型。海底管道在安裝和營(yíng)運(yùn)過程中都承受較大的彎曲載荷,彎曲破壞是管道失效的主要形式之一,因此研究含有缺陷的管道在彎曲載荷下的極限強(qiáng)度對(duì)于管道安全性而言顯得尤為重要。本文采用了試驗(yàn)與有限元分析相結(jié)合的方法,以外徑為168mm、厚度為8mm的典型無縫鋼管為研究對(duì)象,進(jìn)行了有缺陷海底管道在彎曲載荷作用下的剩余極限強(qiáng)度研究,為建立系統(tǒng)的有缺陷海底管道安全評(píng)估準(zhǔn)則提供依據(jù),主要的研究工作可以概括為以下幾個(gè)方面:1)設(shè)計(jì)了系列有缺陷海底管道剩余極限強(qiáng)度試驗(yàn)方案,涉及的缺陷類型包括凹槽、凹陷和裂紋,既有單一缺陷也有組合缺陷,缺陷處于壓縮面和拉伸面均有考慮;2)進(jìn)行了4個(gè)無缺陷鋼管和26個(gè)有缺陷鋼管在彎曲載荷作用下的崩潰試驗(yàn),還在鋼管上截取了多個(gè)材料試樣進(jìn)行了材料拉伸試驗(yàn)以明確其力學(xué)屬性。從試驗(yàn)中得到了各鋼管試件的極限彎矩、失效模式、彎矩-曲率關(guān)系曲線等;3)利用ABAQUS進(jìn)行了系列有缺陷管道彎曲極限強(qiáng)度非線性有限元計(jì)算,將有限元計(jì)算的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,分析了二者之間差異的原因,明確了含不同類型或組合缺陷的鋼管的極限彎矩、失效模式、彎矩-曲率關(guān)系曲線等;4)對(duì)于每一種缺陷,分別建立了多個(gè)含不同尺寸缺陷的管道模型并進(jìn)行彎曲極限強(qiáng)度計(jì)算,采用有限元方法探究了不同缺陷的長(zhǎng)度、寬度、深度對(duì)鋼管極限強(qiáng)度的影響程度。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE973.91;P756.2
【圖文】：

鋼管上凹陷的產(chǎn)生主要原因有海底地質(zhì)活動(dòng)、錨等重物的撞擊以及漁船拖作用力[49]。凹陷是鋼管壁上一種永久塑性變形，使鋼管橫剖面發(fā)生明顯扭曲鋼管的局部屈曲往往始于凹陷所在位置，在現(xiàn)有的研究中，將凹陷分為平滑陷和扭結(jié)型凹陷，管壁上產(chǎn)生平滑型凹陷后管壁的曲率變化平滑，而產(chǎn)生扭凹陷則使管壁曲率發(fā)生突變。目前對(duì)于平滑型凹陷的研究比較多，而扭結(jié)型的研究相對(duì)較少。對(duì)于管道上的一個(gè)凹陷，常常用深度、長(zhǎng)度、寬度和橢圓來描述它，如圖 2.1 所示，深度 d 表示凹陷區(qū)域內(nèi)陷最深處的深度，通常將沿管道軸向的尺寸定義為長(zhǎng)度 l，而沿環(huán)向的尺寸定義為寬度 w。橢圓參數(shù)表征凹陷嚴(yán)重程度的重要參數(shù)之一，其定義如式（2-1）:max min2D Dδ+=（2-1） Dmax表示發(fā)生凹陷后管道橫剖面上測(cè)量得到的最大直徑，Dmin表示發(fā)生凹管道橫剖面上測(cè)量得到的最小直徑，Dave表示完好管道的直徑。在 DNV 的管道系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)必須考慮橢圓參數(shù)，取值至少為0.005[51]。

所以目前大部分的試驗(yàn)研究中預(yù)制凹陷時(shí)都沒的產(chǎn)生主要原因?yàn)殄^、漁船拖網(wǎng)、海損事故落物材料缺失的常見形式之一，金屬材料缺失的另不同的是，凹槽形狀輪廓較規(guī)則，尺寸也較大。的凹槽缺陷，金屬管道表面的凹槽一般有規(guī)則的的橫剖面形狀，而凹陷則會(huì)嚴(yán)重改變管道的橫剖對(duì)凹槽的剖面做了理想化處理，分為拋物線型、可以沿任意方向分布，常常用深度、長(zhǎng)度、寬度槽的存在會(huì)在一定程度上降低管道的破裂強(qiáng)度和凹槽的深度對(duì)于管道強(qiáng)度的影響最為明顯。目的剩余極限強(qiáng)度的研究還很少，由于管道類型眾系來預(yù)估有凹槽管道的剩余極限強(qiáng)度。所以，本道剩余強(qiáng)度評(píng)估準(zhǔn)則的一個(gè)很好的依據(jù)。

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