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《中国海洋大学》 2010年
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钢悬链线立管的ANSYS非线性有限元分析

高秦岭  
【摘要】:近年来,随着深水油气资源开发活动的不断增加,深水环境的复杂性对连接海底管线和平台的立管系统提出了更严格的要求。目前国内对浅海立管的理论研究已相对成熟,但对深海立管的研究尚处于起步阶段。 本文使用大型有限元计算软件,考虑立管悬垂段几何非线性和立管与土体的接触非线性,对钢悬链线立管进行数值模拟。立管悬垂段几何非线性,通过ANSYS迭代计算,得到立管的初始位形,将其与根据悬链线方程理论计算的结果进行比较,吻合较好,基于此初始位形,分析了立管在流荷载和波浪荷载下的响应。立管与土体的接触非线性,通过采用接触单元模拟管道与土体的相互作用,并考虑土体的非线性建立接触模型,进行分析计算,计算结果与已有研究结果进行比较,得出采用接触单元模拟管道与土体的相互作用的可行性,分析探讨了管道重量、土体模型和摩擦系数等参数对管道入土深度和弯矩的影响。 本文在探讨钢悬链线立管非线性技术的基础上,采用DP土体本构模型,建立钢悬链线立管与土体相互作用的ANSYS整体模型,进行静力与动力分析,研究结果表明:在浮力和重力作用下,土体弹性模量越大,拖地段管身变形越小,但弹性模量的改变对弯矩和等效应力影响较小;粘聚力的改变对流线段部分管身变形、弯矩和等效应力影响较小。考虑波浪、海流,触地点的弯曲应力最大,靠近海面弯曲应力变化不大。流速不变,增大波高和波浪周期,靠近海面处位移平均值增大,且运动周期与波浪周期一致;触地点与拖地段位移受波浪影响较小,但运动周期与波浪相似。波高和波浪周期不变,增大流速,弯曲应力增大;触地点位移幅值增大。同时增大波高、波浪周期和流速,除触地点水平位移平均值减小外,立管位移平均值、位移幅值及弯曲应力都增大。
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