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海底管道与海床土相互作用的有限元分析

作　者: 郭喜亮
导　师: 张日向
学　校: 大连理工大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 有限元分析海底管道沉降特性极限土体抗力管土相互作用
分类号: P756.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在海洋油气资源开发中,油气集输是重要的组成部分。海底管道作为海上石油天然气集输的主要方式,具有输送量大、连续便捷以及受气候影响小等优点。管线铺设在海床上或者埋设在土体里,当管线有水平向运动趋势时,土体必须提供相应的阻力以保证其稳定。对于裸置于海床上的管线,管道会在自重作用下产生一定的沉降,这时海床土体的约束作用,包括库伦摩擦阻力以及管道下方的被动土压力作用；对于埋设于海床下的管线,土体水平向抗力与土体参数和埋深等因素都有关系。海底管土相互作用的机理复杂,以往的研究大多建立在经验基础上,引入了过多的假设,研究内容也不够全面,目前尚存在很多不完善之处,在国内还缺少设计和施工方面的相关经验和研究数据,因此对海底管土相互作用进行研究分析是有必要的。本文基于ANSYS有限元分析软件,建立海底管道与海床土体模型,结合国内外学者的研究,讨论了在不同参数条件下,海底管道与海床土体的相互作用。首先模拟了管道直接铺设在海床上的模型,通过改变管道和土体物理力学参数,分析管道的沉降特性。在此基础上分别分析管道铺设在砂土和粘性土上,发生水平向失稳时的土体抗力规律,并与已有理论进行比较总结。模拟了埋设管线与土体的相互作用,得到不同管径的管道在不同埋深下的极限土体抗力值,并在理论分析的基础上,通过改变管道外径、管道水下重,研究了不同埋设深度下土体对管线的水平向极限土体抗力的影响规律。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 选题意义  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
  1.3 本文研究的内容  12-14
2 有限元法理论  14-20
  2.1 有限元方法简介  14-17
  2.2 有限元软件ANSYS概述  17-20
    2.2.1 ANSYS简介  17
    2.2.2 ANSYS主要分析流程  17-18
    2.2.3 非线性的基本理论  18-20
3 海床上裸置管道沉降特性分析  20-41
  3.1 ANSYS模型的建立  20-25
    3.1.1 土体本构模型的选取  20-22
    3.1.2 单元的选取  22
    3.1.3 米塞斯(Mises)准则  22-23
    3.1.4 接触分析  23-24
    3.1.5 有限元模型的参数选取与建立  24-25
  3.2 海床裸置管道的计算理论  25-28
  3.3 沉降特性数值模型结果  28-36
    3.3.1 海床上管道沉降特性分析  28-32
    3.3.2 不同参数对沉降的影响  32-36
  3.4 土体水平抗力的数值模拟  36-40
  3.5 本章小结  40-41
4 土体对埋设管线水平承载力的影响  41-61
  4.1 地基土体水平抗力的计算理论  41-45
    4.1.1 海底管道埋设技术  41-43
    4.1.2 地基土体水平抗力基本理论  43-44
    4.1.3 水平抗力计算理论与公式  44-45
  4.2 有限元建立计算模型  45-49
    4.2.1 计算模型假定  45-46
    4.2.2 有限元模型建立  46-49
  4.3 计算结果与分析  49-53
  4.4 不同参数对分析的影响  53-60
  4.5 本章小结  60-61
5 结论与展望  61-62
  5.1 结论  61
  5.2 展望  61-62
参考文献  62-65
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  65-66
致谢  66-67

海底管道与海床土相互作用的有限元分析

内容摘要

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