本文關(guān)鍵詞：基于ABAQUS的拖錨對海底管線的損害研究

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【摘要】：渤海是我國海洋油氣的主要產(chǎn)區(qū),隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,能源稀缺的問題日益顯現(xiàn),而石油天然氣資源的開發(fā)和利用是我國現(xiàn)代化建設(shè)中不可或缺的一部分。海底管道是海上石油和天然氣資源開發(fā)的重要組成部分,是海洋油氣工程的生命線。近些年海底管線損害的事件越來越多,海底管線一旦發(fā)生泄漏,后果十分嚴重,而這些有大多數(shù)都是因為拋錨作業(yè)引起的。為了防止海底管道發(fā)生泄漏確保安全的進行油氣輸送,有必要對海底管線損壞概率和拋錨作業(yè)對海底管線的損害程度以及保護措施進行研究。首先,本文是基于挪威船級社的海底管線保護風險評估規(guī)范對渤海進行研究,拋錨作業(yè)對海底管線的損害有兩種:撞擊損害和拖曳損害。影響海底管線破損程度的因素很多,先對渤海海域的大氣水文以及土壤地質(zhì)進行介紹,為后文計算提供依據(jù),在對直接撞擊海底管線的錨進行詳細介紹和選取,同時介紹了ABAQUS中接觸問題的相關(guān)知識。其次,本文對撞擊損害進行了研究。首先是撞擊概率,運用概率論假設(shè)漂移服從正態(tài)分布,建立相應的數(shù)學模型,得出撞擊概率;再者是撞擊能量,運用動能定理對錨墜入海底的速度和能量進行了計算;最后,采用土壤吸收能量公式,得出錨在保護層中的入土深度。并利用ABAQUS對其進行數(shù)值模擬,撞擊分析中,利用數(shù)值模擬分析了管壁厚度、管線長度對最終凹痕深度的影響,并與其他撞擊形式、DNV規(guī)范計算值進行對比,得出規(guī)范的可靠性。然后,本文對拖曳損害進行了研究。先對錨的拖曳行為和規(guī)范中的管線拖曳進行了介紹,其次對拋錨作業(yè)中拖曳力的大小進行了計算,并建立了拖曳載荷分析模型,利用ABAQUS模擬出不同土壤條件下拖曳力的大小。拖曳力包括錨的抓力和錨鏈的抓力,并根據(jù)得出的結(jié)果對管線進行安全校核。同時還對船舶的淌航距離進行了計算,得出禁錨區(qū)的設(shè)置依據(jù)。最后,在已有研究的基礎(chǔ)上,得出管線的設(shè)計掩埋深度,提出禁錨區(qū)距離的設(shè)置方法,并詳細介紹了堆石保護層的理論方法,對堆石保護層的設(shè)計有一定的指導意義,同時還提出一些其他海底管線和海底電纜的保護措施,對指導施工具有積極意義。
【關(guān)鍵詞】：拋錨 拖錨 海底管線 撞擊 拖曳 保護措施
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE973.92;P756.2
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 第1章 緒論15-23
• 1.1 研究背景15-17
• 1.1.1 海底管線的廣范應用15
• 1.1.2 海底管線面臨的危險15-16
• 1.1.3 海底管線工程的現(xiàn)狀和發(fā)展16-17
• 1.2 研究意義17
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-19
• 1.4 本文主要工作19-21
• 1.5 本章小結(jié)21-23
• 第2章 拋錨作業(yè)分類及海域和錨設(shè)備的選取23-39
• 2.1 拋錨作業(yè)對海底管線的損害形式23
• 2.1.1 事故性拋錨作業(yè)的種類23
• 2.1.2 海底管線的損害形式23
• 2.2 應急拋錨作業(yè)和普通拋錨作業(yè)23-26
• 2.2.1 普通拋錨作業(yè)23-24
• 2.2.2 應急拋錨作業(yè)24
• 2.2.3 應急拋錨作業(yè)對海底管道的損害形式24-26
• 2.3 典型海域的選取26-28
• 2.3.1 渤海海底地質(zhì)情況26-27
• 2.3.2 渤海大氣狀況27
• 2.3.3 渤海水文狀況27-28
• 2.4 錨和錨鏈的組成和選取28-31
• 2.4.1 錨28-29
• 2.4.2 錨鏈29-30
• 2.4.3 錨與錨鏈的選取30-31
• 2.5 錨與錨鏈選取的實例計算31-33
• 2.5.1 船舶舾裝數(shù)的計算31
• 2.5.2 船舶的主要參數(shù)31
• 2.5.3 規(guī)范船長的選取和側(cè)投影面積的計算31
• 2.5.4 型排水量的確定31-32
• 2.5.5 確定有效高度32
• 2.5.6 確定側(cè)投影面積32-33
• 2.5.7 舾裝數(shù)的計算33
• 2.6 ABAQUS中的接觸問題33-38
• 2.6.1 非線性問題分類33-34
• 2.6.2 接觸34-35
• 2.6.3 主面和從面35-36
• 2.6.4 接觸類型36-38
• 2.7 本章小結(jié)38-39
• 第3章 錨與海底管道的碰撞分析39-61
• 3.1 拋錨作業(yè)對海底管線的撞擊概率39-44
• 3.1.1 錨泊作業(yè)分類39
• 3.1.2 撞擊概率的計算39-44
• 3.2 錨對海底管線的碰撞損害研究44-52
• 3.2.1 海底管道損壞分級劃分44-45
• 3.2.2 錨正面撞擊海底管道的能量計算45-48
• 3.2.3 工程實例48-52
• 3.3 基于ABAQUS的拖錨碰撞分析模型52-57
• 3.3.1 拖錨碰撞分析模型的建立52-54
• 3.3.2 管道壁厚對拖錨碰撞損傷的影響54-56
• 3.3.3 管道長細比對拖錨碰撞損傷的影響56-57
• 3.4 基于ABAQUS的落錨碰撞分析模型57-59
• 3.4.1 基于ABAQUS的落錨與拖錨碰撞作用的比較57-59
• 3.4.2 ABAQUS數(shù)值模擬與DNV-RP-F107規(guī)范估算方法比較59
• 3.5 本章小結(jié)59-61
• 第4章 錨與海底管道的拖曳分析61-77
• 4.1 錨的拖曳行為61
• 4.2 DNV規(guī)范關(guān)于管線拖曳的闡述61-63
• 4.2.1 DNV規(guī)范的載荷控制法61-62
• 4.2.2 無埋深管線的管土作用力估算62-63
• 4.3 船舶錨泊作業(yè)對海底管線的拖曳損害63-75
• 4.3.1 拋錨作業(yè)拖曳力分析63-69
• 4.3.2 基于ABAQUS的拖曳載荷分析模型69-72
• 4.3.3 基于ABAQUS的拖曳載荷在不同土壤條件下的結(jié)果72
• 4.3.4 拖錨淌航距離72-73
• 4.3.5 錨泊作業(yè)對海底管線的拖曳損害73-75
• 4.4 本章小結(jié)75-77
• 第5章 海底管道保護措施與方法77-85
• 5.1 海底管線的掩埋深度77-78
• 5.2 禁錨區(qū)的設(shè)置78
• 5.3 堆石保護層78-81
• 5.3.1 海底管道堆石保護設(shè)計79
• 5.3.2 堆石層尺寸設(shè)計79-81
• 5.3.3 管溝邊坡穩(wěn)定性81
• 5.3.4 回填石塊粒徑級配設(shè)計81
• 5.3.5 混凝土對石塊沖擊能量的吸收能力評估81
• 5.3.6 堆石保護層的沉降量評估81
• 5.4 其他海底管線的保護措施81-84
• 5.4.1 混凝土防護層82-83
• 5.4.2 聚合物防護層83-84
• 5.4.3 管中管抵抗撞擊能量計算84
• 5.4.4 其他防護措施84
• 5.5 本章小結(jié)84-85
• 第6章 結(jié)論與展望85-87
• 6.1 研究結(jié)論85
• 6.2 研究展望85-87
• 參考文獻87-91
• 附錄91-97
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文97-99
• 致謝99-100
• 詳細摘要100-104

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