管道是天然氣運輸?shù)暮诵幕A(chǔ)設(shè)施,且天然氣具有易燃、易爆的固有屬性,輸氣管道一旦受到損傷,不僅會造成管道設(shè)備的物料損失,如果由此導致天然氣泄漏還可能引發(fā)嚴重的火災、爆炸事故。確保管道不受第三方破壞,維護其本體的安全性,已經(jīng)成為確保天然氣平穩(wěn)運輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)。在我國,由埋地管道周邊挖掘施工導致的管道破損已經(jīng)成為危害管道運輸安全的主要危險因素。本文分別采用ANSYS Mechanical（APDL）和ANSYS AUTODYN有限元分析軟件,對挖掘機壓載、挖掘荷載損傷埋地輸氣管道進行三維建模,對損傷過程進行仿真并分析其動力響應情況。研究內(nèi)容及取得的成果如下:（1）根據(jù)埋地輸氣管道的受力情況,將外界荷載分為的碾壓荷載和挖掘荷載,同時分析管道的力學特征與失效條件,作為管道受力損傷有限元仿真的研究基礎(chǔ)。（2）建立碾壓荷載作用下與挖掘荷載作用下的輸氣管道有限元模型并進行模擬。結(jié)果表明,碾壓荷載導致的管道損傷較小,挖掘荷載導致的管道損傷較大。同時鑒于復雜的挖掘作業(yè)工況,對不同挖掘角度、方向等因素下的管道損傷進行綜合分析。（3）以相關(guān)規(guī)范為參考,選擇挖掘荷載大小、管道壁厚、管道接觸斗齒數(shù)、輸氣壓力與覆土厚... 

【文章來源】：浙江海洋大學浙江省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

輸氣管道在挖掘作用下被破壞的照片

輸氣管道第三方挖掘施工破壞有限元仿真研究-8-第二章挖掘施工環(huán)境下輸氣管道受力分析通過查閱國內(nèi)外文獻，確定埋地輸氣管道的力學特征與失效準則。同時對實際工況下挖掘機的荷載進行分析，確定其荷載的施加方式，并結(jié)合已有研究成果，對挖掘機的壓載與挖掘力進行分析，為挖掘機碾壓荷載與挖掘荷載作用下的輸氣管道有限元模型的建立提供理論與技術(shù)基矗2.1輸氣管道力學特征分析輸氣管道在第三方挖掘施工的環(huán)境下，所受到的外部載荷分為靜載荷與動載荷，靜載荷主要來自于輸氣管道本身的內(nèi)壓與覆土的壓力，覆土的壓力可分為土體本身的壓力與通過土壤介質(zhì)進行傳播的挖掘機壓載，動載荷即來自于挖掘機的挖斗沖擊。通過對輸氣管道承受外部載荷的表現(xiàn)研究，如圖2-1所示，在受到來自上方的荷載作用后，管體發(fā)生明顯的下沉變形，同時水平兩側(cè)由于受到擠壓向外突出，根據(jù)作用力與反作用力的定義，管道周圍土體會給予管道一個徑向上的反作用力。圖2-1管道受力分析Fig2.1Forceanalysisofpipeline（1）管道變形輸氣管道通常采用的都是強度較高的鋼制管道，具有較為優(yōu)秀的抗荷載能力。當受到來自外部荷載的作用時，管道會發(fā)生少量形變。同時由于管道兩側(cè)土壤的存在，管道還會受到來自土體的彈性抗力。當進行管道的豎向變形的計算時，由于外界荷載大小遠大于土壤抗力，因此往往對管道的力學模型進行簡化，將管道與周圍的土壤分隔進行計算，即只計算平均分布在管道頂部的外界荷載，不考慮來自周圍土壤彈性抗力的作用。同時假設(shè)來自管道底

輸氣管道第三方挖掘施工破壞有限元仿真研究-12-（2）挖掘機的挖掘荷載相比較挖掘機的碾壓荷載，挖掘機的挖掘荷載對管道的沖擊影響更為明顯，也往往帶來更嚴重、更直接的損傷。根據(jù)統(tǒng)計，單斗反鏟液壓挖掘機是在工程中應用最為廣泛、最為頻繁的機型，同時，現(xiàn)階段所發(fā)生的管道挖掘施工破壞事故中，單斗反鏟液壓挖掘機占比最大。因此，本文選擇單斗反鏟液壓挖掘機作為研究對象。單斗反鏟液壓挖掘機主要是由挖掘機體和工作裝置兩個部分組成，其機體是進行挖掘作業(yè)的基礎(chǔ)，又可以分為上下機體兩部分。上車機體部分包括回轉(zhuǎn)機構(gòu)、動力系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等，下車機體部分則是控制挖掘機行動的部分。為了對挖掘荷載對管道的損傷進行仿真模擬，則需要計算單斗反鏟液壓挖掘機的挖掘力。液壓挖掘機的常用工作方式有斗桿挖掘、鏟斗挖掘與復合挖掘三種，本文分別對斗桿挖掘與鏟斗挖掘的理論挖掘力進行計算，由于還沒有準確的復合挖掘力的計算方法，因此不對復合挖掘方式進行研究[30]。挖掘機的工作裝置結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，當挖掘機采用斗桿挖掘進行挖掘工作時，挖掘機的鏟斗油缸關(guān)閉，斗桿油缸驅(qū)動挖斗進行挖掘動作，此時斗齒的運動軌跡是以連接點A為轉(zhuǎn)動中心的一條圓唬圖2-1挖掘機工作裝置結(jié)構(gòu)圖Fig2.1Workingdevicestructureofexcavator斗桿挖掘方式時的理論挖掘力計算：1=2×2×1+2×2+3×3AG(2-13)式（2-13）中：AG—A到挖斗齒尖G的距離，m；2—斗桿油缸工作壓力，Pa；

【參考文獻】：
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本文編號：3386188