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海底悬跨管道强度评估

作　者: 张砚
导　师: 任慧龙
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 管跨 涡激振动 强度评估 疲劳失效
分类号: TE973
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


海底管道的破坏大多发生在管跨段。管跨的出现改变了管线所承受的荷载形式和应力状态,严重影响管道的安全性。管跨的涡激振动可能引起屈服、屈曲和疲劳失效。涡激共振也是导致管跨断裂失效的主要因素。本文对海底悬跨管道强度评估的几个方面分别进行了研究,主要内容有：1.对海底悬跨管道进行共振评估。以不发生涡激共振为原则,分别用不同标准推导海底管道允许的悬跨长度,并加以比较；2.研究了多种载荷作用下且考虑涡激振动影响的悬跨海底管道屈服、屈曲强度的近似评估方法；3.基于DNV RP-F105中的评估模型计算了悬跨管线的同向和横向的疲劳寿命,并研究了各参数对疲劳寿命的影响。4.采用基于流体分析软件FLUENT和有限元分析软件ANSYS的流固耦合数值模拟算法计算悬跨管道的涡激振动响应,分析各种参数对悬跨管道涡激振动响应的影响。基于该方法对悬跨管道的强度进行评估,并与近似算法进行了比较。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-19
  1.1 课题的目的和意义  10-11
  1.2 课题的国内外研究现状  11-17
    1.2.1 涡激振动求解方法研究  11-16
    1.2.2 考虑涡激振动的海底悬跨管道强度评估的研究  16-17
  1.3 课题的研究内容  17-19
第2章 涡激振动基本理论  19-29
  2.1 概述  19
  2.2 漩涡发放现象的形成机理  19-20
  2.3 涡流对悬跨的作用  20-21
  2.4 悬跨管道的涡激共振  21-23
  2.5 描述悬跨振动的基本参数  23-27
  2.6 同向振动与横向振动  27-28
  2.7 本章小结  28-29
第3章 考虑涡激振动的管跨共振、屈服和屈曲评估  29-56
  3.1 概述  29
  3.2 共振评估  29-32
  3.3 屈服强度评估  32-38
  3.4 屈曲强度评估  38-46
  3.5 海底悬跨管道结构强度校核实例  46-55
    3.5.1 管道基本数据与工况  46-47
    3.5.2 共振评估  47-50
    3.5.3 屈服强度评估  50-53
    3.5.4 屈曲强度评估  53-55
  3.6 本章小结  55-56
第4章 基于DNV规范的海底悬跨管道疲劳评估  56-75
  4.1 概述  56
  4.2 海洋环境条件  56-57
  4.3 疲劳准则  57-64
    4.3.1 悬跨固有振动频率  57-62
    4.3.2 疲劳检验准则  62-63
    4.3.3 疲劳准则  63-64
  4.4 悬跨涡激振动疲劳寿命计算  64-70
    4.4.1 S-N曲线和疲劳损伤线性累积理论  64-65
    4.4.2 悬跨同向涡激振动疲劳寿命计算  65-69
    4.4.3 悬跨横向涡激振动疲劳寿命计算  69-70
  4.5 悬跨管道疲劳寿命计算实例  70-74
    4.5.1 同向疲劳寿命计算  70-72
    4.5.2 横向疲劳寿命计算  72-74
  4.6 本章小结  74-75
第5章 基于流固耦合数值模拟方法的强度评估  75-99
  5.1 概述  75
  5.2 悬跨管道涡激振动数学模型  75-76
    5.2.1 悬跨管道振动模型  75-76
    5.2.2 水动力模型  76
  5.3 基于ANSYS和FLUENT的流固耦合算法  76-78
  5.4 算法验证  78-90
    5.4.1 静止圆柱绕流的验证  78-83
    5.4.2 涡激振动响应的验证  83-90
  5.5 算例分析  90-93
    5.5.1 跨长对涡激响应的影响  91
    5.5.2 流速对涡激响应的影响  91
    5.5.3 边界条件对涡激响应的影响  91-92
    5.5.4 轴向力对涡激响应的影响  92-93
  5.6 基于流固耦合算法的强度评估  93-98
    5.6.1 屈服评估  93-94
    5.6.2 屈曲评估  94-95
    5.6.3 疲劳评估  95-97
    5.6.4 计算结果分析  97-98
  5.7 本章小结  98-99
结论  99-101
参考文献  101-105
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  105-106
致谢  106

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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 石油机械设备与自动化 > 油气储运机械设备 > 油气管道
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