【摘要】：埋地管道運(yùn)輸有效的解決了各個(gè)地區(qū)油氣資源產(chǎn)需不平衡的問題,對全球的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了不可或缺的能源調(diào)配作用。長輸埋地管道不可避免的穿越地震斷裂帶,管道與巖土直接接觸極易受到地層錯(cuò)動(dòng)的影響,堅(jiān)固而有韌性的管道能一定程度承受地震動(dòng)的考驗(yàn),卻很難抵御斷層錯(cuò)動(dòng)作用和地表破壞所產(chǎn)生的永久性地面位移。本文提出了基于流固耦合的跨斷層埋地管道有限元模型,基于該模型研究了在輸流工況下的跨斷層埋地管道的力學(xué)響應(yīng)行為和敏感參數(shù)影響規(guī)律,為跨斷層管道有限元建模、管道抗震設(shè)計(jì)和抗震措施的實(shí)施提供參考建議。主要研究內(nèi)容如下:(1)調(diào)研分析國內(nèi)外跨斷層埋地管道力學(xué)響應(yīng)分析方法,總結(jié)出主要研究方法可分為理論解析法、數(shù)值模擬法和實(shí)驗(yàn)研究,分析總結(jié)了各個(gè)方法的局限性,并調(diào)研總結(jié)了現(xiàn)有埋地管道抗震措施。(2)對不同類型斷層錯(cuò)動(dòng)機(jī)理進(jìn)行研究,總結(jié)了震級與斷層位錯(cuò)量的經(jīng)驗(yàn)公式;將斷層作用下埋地管道的破壞模式分為拉伸破壞與屈曲破壞,探討了導(dǎo)致管道失效的影響因素。分析對比了應(yīng)力與應(yīng)變的管道失效準(zhǔn)則,確定選用基于應(yīng)變的塑性失效準(zhǔn)則。(3)分析了非線性理論、彈塑性理論、殼體理論與流固耦合理論在文中的適用性,通過軟件比采用ADINA結(jié)合ANSYS有限元軟件進(jìn)行建模分析。管道模型采用MITC4 shell單元進(jìn)行離散,斷層模型采用3D-solid實(shí)體單元,流體采用3D-fluid單元,管土作用采用3D-contact非線性接觸,流體與管道通過FSI進(jìn)行迭代耦合計(jì)算,建立了土體-管道-流體三相耦合模型。通過美國Cornell大學(xué)所進(jìn)行的大尺寸實(shí)驗(yàn)對所建模型進(jìn)行了比對驗(yàn)證并確定其有效性。(4)流固耦合作為跨斷層埋地管道研究領(lǐng)域的新興研究點(diǎn),本文證明了管內(nèi)流體對跨斷層管道力學(xué)響應(yīng)的影響不容忽視。故本文提出的基于流固耦合的跨斷層埋地管道模型,能夠最貼切的反應(yīng)實(shí)際工況中輸流管道的受力情況,在最大程度發(fā)揮管道自身性能的同時(shí)保證管道安全,為今后跨斷層埋地管道研究領(lǐng)域模型建立提供一定指導(dǎo)和參考。(5)研究斷層類型、斷層位錯(cuò)量、斷層與管道交角、管道埋深、管徑壁厚、管道鋼級、流體壓力、流體速度、流體溫度及場地土性質(zhì)對跨斷層埋地管道應(yīng)變響應(yīng)的影響規(guī)律�；谟邢拊Y(jié)果,通過多元非線性回歸理論結(jié)合MATLAB軟件編程,得到穿越逆斷層時(shí)埋地輸流管道軸向最大壓縮應(yīng)變的預(yù)測公式。(6)基于有限元分析結(jié)果結(jié)合《油氣輸送管道線路工程抗震技術(shù)規(guī)范》(GB/T50470-2017)提出的以“優(yōu)先采用降低計(jì)算應(yīng)變的措施”為標(biāo)準(zhǔn),提出了通用抗震措施。提出采用添加彎管的Zigzag管道布置方法,并研究了彎頭角度和壁厚對彎管控制應(yīng)變能力的影響。
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE973
【圖文】：

(a)中國油氣管道建設(shè)分布圖

圖２－１斷層要素逡逑

圖２－２三種常見的斷層類型逡逑真實(shí)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)地殼受力來源多種多樣，N<丨卩只會(huì)以起？種形式的斷層錯(cuò)動(dòng)，逡逑

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本文編號：2780069