多层柔性海底管道隆起屈曲有限元分析

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1、多层柔性海底管道隆起屈曲有限元分析魏斌李明航李兵中国石油集团石油管工程技术研宄院中国石油集石油管工程技术研宄院石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室摘要：由于海床不平整以及高温服役条件，多层海洋柔性管道容易发生隆起屈曲。利用大型商业有限元分析软件ANSYS，建立多层柔性管道有限元模型，分析管道闪液体温度、压力及埋泥深度3种因素对多层柔性管道隆起屈曲程度的影响。分析结果表明:对于多层柔性管道，管道内液体温度越高，管道隆起高度越高;管道内输送的液体压力升高将限制管道的隆起;埋泥深度越深，越限制管道的隆起。研究工作和分析结果可为海底管道铺设提供理

2、论依据和设计参考。关键词：油气储运T程;海底管道;隆起屈曲;数值模拟;作者简介：魏斌（1975-）,男，高级工程师（教授级），主耍研究方向为油气FH非金属与复合材料的腐蚀和防护成用基础，weibin06@cnpc.com.cn收稿日期：2017-06-20基金：国家自然科学綦金资助项FI（51475356）UpheavalbucklinganalysisofmultilayerflexiblesubmarinepipelineusingfiniteelementmethodWEIBinLIMinghangLIBingCNPCTubularGoodsResearchInstitute;State

3、KeyLab,forManufacturingSystemsEngineering,Xi’anJiaotongUniversity;Abstract：Duetotheunevennessoftheseabedandhightemperatureconditions,themulti-layeredsubmarineflexiblepipeispronetoupheavalbuckling.Inthispaper,thefiniteelementmodelofmulti-layerflexiblepipewasestablishedbyusingcommercialsoftwareANSYS.T

4、heinfluencesoftheliquidtemperature,pressureandthedepthofburiedpipeontheupheavalbucklingdegreeofmulti-layerflexiblepipewereanalyzed.Theresultsshowthatforthemulti-layerflexiblepipe,thehighertheliquidtemperatureinthepipe，thehighertheheightofthepipeupheavalbuckling;thehigherthepressureoftheliquiddeliver

5、edinthepipewilllimittheupheavalbucklingofthepipe;Theresearchworkandanalysisresultswillprovidetheoreticalbasisandreferenceforsubmarinepipelinelaying.Keyword：oilandgasstorageandtransportationengineering;submarinepipe;upheavalbuckling;numericalanalysis;Received：2017-06-20随着海上油气资源不断地开发与利用，高温高压海底管道的工程应用逐

6、渐增多1±1。目前，石油输送管线的工作温度随海上石油工业的发展不断的提高，很多管线设计温度普遍达到或者超过80°C，甚至出现120°C的高温位1。海底埋设管道在这种高温高压条件下运行时，有时会从原来位罝上突然隆起，甚至拱出埋设土层，这种现象称为海底管道隆起屈曲(如图1所示)。该过程类似于梁在轴向载荷达到临界值时发生的欧拉屈曲以1。当管道隆起屈曲时，管会产生较大的弯矩及较大的塑性变形，甚至可能进一步出现裂纹、疲劳、局部屈曲m。这些问题给管道安全运行带来巨大的安全隐患，因此挪威船级社(detnorskeveritas,DNV)规范RP4-110明确要求在海洋管道设计时对这种情况进行详细分析肌现有的

7、管道设计规范虽然都详细地描述了管道温度应力的计算方法，但都是以单层管为对象的m，uobbsM给出丫理想直管道隆起屈曲临界载荷公式，Taylor等边1对海底管道的隆起屈曲进行了理论和实验研宂，但没有考虑初始儿何缺陷的影响。当存在初始缺陷的情况下，解析及求解非常困难，因此通常采用数值模拟分析A有初始隆起缺陷的海底管道的隆起屈曲IM。由于多层柔性管道在结构上与传统的单层刚性管道差别较大，而传统的分析单层