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1、结构工程专业优秀论文结构工程专业优秀论文 深海油气管道铺设的非线性屈曲理论分析深海油气管道铺设的非线性屈曲理论分析与数值模拟与数值模拟关键词：深海油气管道关键词：深海油气管道 管道铺设管道铺设 非线性屈曲非线性屈曲 承载能力承载能力 静水压力静水压力 数值模拟数值模拟摘要：海底管道是深海油气开发建设工程的重要组成部分，特殊的工作环境和 设计需要决定了管道铺设过程具有不可预见的风险性。无论采用的是 S 型铺管 法、J 型铺管法，还是卷管式铺管法，管道都要受到不同程度的弯曲、轴向拉 力和外部巨大静水压力的作用，在深海铺设时管道极易发生局部屈曲和屈曲传 播，导致整条管道报废，由此将造成巨大的经济损失
2、。因此，开展深海油气管 道铺设过程的非线性屈曲分析和承载能力研究，对提升我国深海油气管道的铺 设设计能力和计算分析技术，以及确保海底管道在铺设施工期间的安全性具有 重要的工程意义。 本文在详细分析铺设过程管道受力变化特点的基础上，对 不同荷载组合和加载路径下管道的承载能力、椭圆化屈曲变形等一系列问题进 行了较为系统深入的研究。主要研究工作概述为以下几个方面： （1）结合 管道从铺管船经托管架到海床的受力变化特点，基于非线性环理论、材料的弹 塑性本构关系、虚功方程和 NewtonRaphson 迭代法建立了一套深海油气管道 铺设的非线性屈曲分析基本理论。 （2）分别进行了轴向拉力和弯曲组合作 用
3、以及静水压力、轴向拉力和弯曲共同作用管道的屈曲模式和极限承载能力分 析，开发了相应的计算分析程序，建立的屈曲理论分析方法适用于 S 型、J 型 和卷管式铺管法。 （3）建立了管道在轴向拉力和弯曲组合作用以及静水压 力、轴向拉力和弯曲共同作用下三维有限元数值模型，分析了管道的受力性能 以及相应的屈曲响应，并与理论分析结果进行了比较，验证了屈曲理论分析方 法的正确性。 （4）利用非线性屈曲分析理论，分析了不同加载路径、管道 径厚比、材料性能等参数对管道屈曲的影响，为深海油气管道设计和铺管作业 提供了重要的理论基础和依据。 （5）开发了 S 型铺管受力分析软件和铺管 船数据库系统。针对深海油气管道
4、S 型铺设过程中的受力特性，本文在悬链线 理论计算程序的基础上，开发了一套适用于不同水深的 S 型铺管法管道受力计 算分析软件。另外，本文还开发了铺管船数据库系统，以方便实际铺管作业中 对铺管船的选择。 本文的研究工作受到“十一五”国家高技术研究发展计划 （863 计划）重大专项课题“深水海底管道铺设技术”的资助，是子课题深 水海管铺设工艺设计和计算分析技术研究 （课题编号：2006AA09A1051）的 重要组成部分。正文内容正文内容海底管道是深海油气开发建设工程的重要组成部分，特殊的工作环境和设 计需要决定了管道铺设过程具有不可预见的风险性。无论采用的是 S 型铺管法、 J 型铺管法，还是
5、卷管式铺管法，管道都要受到不同程度的弯曲、轴向拉力和 外部巨大静水压力的作用，在深海铺设时管道极易发生局部屈曲和屈曲传播， 导致整条管道报废，由此将造成巨大的经济损失。因此，开展深海油气管道铺 设过程的非线性屈曲分析和承载能力研究，对提升我国深海油气管道的铺设设 计能力和计算分析技术，以及确保海底管道在铺设施工期间的安全性具有重要 的工程意义。 本文在详细分析铺设过程管道受力变化特点的基础上，对不同 荷载组合和加载路径下管道的承载能力、椭圆化屈曲变形等一系列问题进行了 较为系统深入的研究。主要研究工作概述为以下几个方面： （1）结合管道 从铺管船经托管架到海床的受力变化特点，基于非线性环理论、
6、材料的弹塑性 本构关系、虚功方程和 NewtonRaphson 迭代法建立了一套深海油气管道铺设 的非线性屈曲分析基本理论。 （2）分别进行了轴向拉力和弯曲组合作用以 及静水压力、轴向拉力和弯曲共同作用管道的屈曲模式和极限承载能力分析， 开发了相应的计算分析程序，建立的屈曲理论分析方法适用于 S 型、J 型和卷 管式铺管法。 （3）建立了管道在轴向拉力和弯曲组合作用以及静水压力、 轴向拉力和弯曲共同作用下三维有限元数值模型，分析了管道的受力性能以及 相应的屈曲响应，并与理论分析结果进行了比较，验证了屈曲理论分析方法的 正确性。 （4）利用非线性屈曲分析理论，分析了不同加载路径、管道径厚 比、材
7、料性能等参数对管道屈曲的影响，为深海油气管道设计和铺管作业提供 了重要的理论基础和依据。 （5）开发了 S 型铺管受力分析软件和铺管船数 据库系统。针对深海油气管道 S 型铺设过程中的受力特性，本文在悬链线理论 计算程序的基础上，开发了一套适用于不同水深的 S 型铺管法管道受力计算分 析软件。另外，本文还开发了铺管船数据库系统，以方便实际铺管作业中对铺 管船的选择。 本文的研究工作受到“十一五”国家高技术研究发展计划 （863 计划）重大专项课题“深水海底管道铺设技术”的资助，是子课题深 水海管铺设工艺设计和计算分析技术研究 （课题编号：2006AA09A1051）的 重要组成部分。 海底管道
8、是深海油气开发建设工程的重要组成部分，特殊的工作环境和设计需 要决定了管道铺设过程具有不可预见的风险性。无论采用的是 S 型铺管法、J 型铺管法，还是卷管式铺管法，管道都要受到不同程度的弯曲、轴向拉力和外 部巨大静水压力的作用，在深海铺设时管道极易发生局部屈曲和屈曲传播，导 致整条管道报废，由此将造成巨大的经济损失。因此，开展深海油气管道铺设 过程的非线性屈曲分析和承载能力研究，对提升我国深海油气管道的铺设设计 能力和计算分析技术，以及确保海底管道在铺设施工期间的安全性具有重要的 工程意义。 本文在详细分析铺设过程管道受力变化特点的基础上，对不同荷 载组合和加载路径下管道的承载能力、椭圆化屈曲
9、变形等一系列问题进行了较 为系统深入的研究。主要研究工作概述为以下几个方面： （1）结合管道从 铺管船经托管架到海床的受力变化特点，基于非线性环理论、材料的弹塑性本 构关系、虚功方程和 NewtonRaphson 迭代法建立了一套深海油气管道铺设的 非线性屈曲分析基本理论。 （2）分别进行了轴向拉力和弯曲组合作用以及 静水压力、轴向拉力和弯曲共同作用管道的屈曲模式和极限承载能力分析，开发了相应的计算分析程序，建立的屈曲理论分析方法适用于 S 型、J 型和卷管 式铺管法。 （3）建立了管道在轴向拉力和弯曲组合作用以及静水压力、轴 向拉力和弯曲共同作用下三维有限元数值模型，分析了管道的受力性能以及
10、相 应的屈曲响应，并与理论分析结果进行了比较，验证了屈曲理论分析方法的正 确性。 （4）利用非线性屈曲分析理论，分析了不同加载路径、管道径厚比、 材料性能等参数对管道屈曲的影响，为深海油气管道设计和铺管作业提供了重 要的理论基础和依据。 （5）开发了 S 型铺管受力分析软件和铺管船数据库 系统。针对深海油气管道 S 型铺设过程中的受力特性，本文在悬链线理论计算 程序的基础上，开发了一套适用于不同水深的 S 型铺管法管道受力计算分析软 件。另外，本文还开发了铺管船数据库系统，以方便实际铺管作业中对铺管船 的选择。 本文的研究工作受到“十一五”国家高技术研究发展计划（863 计 划）重大专项课题“
11、深水海底管道铺设技术”的资助，是子课题深水海管铺 设工艺设计和计算分析技术研究 （课题编号：2006AA09A1051）的重要组成 部分。 海底管道是深海油气开发建设工程的重要组成部分，特殊的工作环境和设计需 要决定了管道铺设过程具有不可预见的风险性。无论采用的是 S 型铺管法、J 型铺管法，还是卷管式铺管法，管道都要受到不同程度的弯曲、轴向拉力和外 部巨大静水压力的作用，在深海铺设时管道极易发生局部屈曲和屈曲传播，导 致整条管道报废，由此将造成巨大的经济损失。因此，开展深海油气管道铺设 过程的非线性屈曲分析和承载能力研究，对提升我国深海油气管道的铺设设计 能力和计算分析技术，以及确保海底管道
12、在铺设施工期间的安全性具有重要的 工程意义。 本文在详细分析铺设过程管道受力变化特点的基础上，对不同荷 载组合和加载路径下管道的承载能力、椭圆化屈曲变形等一系列问题进行了较 为系统深入的研究。主要研究工作概述为以下几个方面： （1）结合管道从 铺管船经托管架到海床的受力变化特点，基于非线性环理论、材料的弹塑性本 构关系、虚功方程和 NewtonRaphson 迭代法建立了一套深海油气管道铺设的 非线性屈曲分析基本理论。 （2）分别进行了轴向拉力和弯曲组合作用以及 静水压力、轴向拉力和弯曲共同作用管道的屈曲模式和极限承载能力分析，开 发了相应的计算分析程序，建立的屈曲理论分析方法适用于 S 型、
13、J 型和卷管 式铺管法。 （3）建立了管道在轴向拉力和弯曲组合作用以及静水压力、轴 向拉力和弯曲共同作用下三维有限元数值模型，分析了管道的受力性能以及相 应的屈曲响应，并与理论分析结果进行了比较，验证了屈曲理论分析方法的正 确性。 （4）利用非线性屈曲分析理论，分析了不同加载路径、管道径厚比、 材料性能等参数对管道屈曲的影响，为深海油气管道设计和铺管作业提供了重 要的理论基础和依据。 （5）开发了 S 型铺管受力分析软件和铺管船数据库 系统。针对深海油气管道 S 型铺设过程中的受力特性，本文在悬链线理论计算 程序的基础上，开发了一套适用于不同水深的 S 型铺管法管道受力计算分析软 件。另外，本
14、文还开发了铺管船数据库系统，以方便实际铺管作业中对铺管船 的选择。 本文的研究工作受到“十一五”国家高技术研究发展计划（863 计 划）重大专项课题“深水海底管道铺设技术”的资助，是子课题深水海管铺 设工艺设计和计算分析技术研究 （课题编号：2006AA09A1051）的重要组成 部分。 海底管道是深海油气开发建设工程的重要组成部分，特殊的工作环境和设计需 要决定了管道铺设过程具有不可预见的风险性。无论采用的是 S 型铺管法、J型铺管法，还是卷管式铺管法，管道都要受到不同程度的弯曲、轴向拉力和外 部巨大静水压力的作用，在深海铺设时管道极易发生局部屈曲和屈曲传播，导 致整条管道报废，由此将造成巨
15、大的经济损失。因此，开展深海油气管道铺设 过程的非线性屈曲分析和承载能力研究，对提升我国深海油气管道的铺设设计 能力和计算分析技术，以及确保海底管道在铺设施工期间的安全性具有重要的 工程意义。 本文在详细分析铺设过程管道受力变化特点的基础上，对不同荷 载组合和加载路径下管道的承载能力、椭圆化屈曲变形等一系列问题进行了较 为系统深入的研究。主要研究工作概述为以下几个方面： （1）结合管道从 铺管船经托管架到海床的受力变化特点，基于非线性环理论、材料的弹塑性本 构关系、虚功方程和 NewtonRaphson 迭代法建立了一套深海油气管道铺设的 非线性屈曲分析基本理论。 （2）分别进行了轴向拉力和弯
16、曲组合作用以及 静水压力、轴向拉力和弯曲共同作用管道的屈曲模式和极限承载能力分析，开 发了相应的计算分析程序，建立的屈曲理论分析方法适用于 S 型、J 型和卷管 式铺管法。 （3）建立了管道在轴向拉力和弯曲组合作用以及静水压力、轴 向拉力和弯曲共同作用下三维有限元数值模型，分析了管道的受力性能以及相 应的屈曲响应，并与理论分析结果进行了比较，验证了屈曲理论分析方法的正 确性。 （4）利用非线性屈曲分析理论，分析了不同加载路径、管道径厚比、 材料性能等参数对管道屈曲的影响，为深海油气管道设计和铺管作业提供了重 要的理论基础和依据。 （5）开发了 S 型铺管受力分析软件和铺管船数据库 系统。针对深海油气管道 S 型铺设过程中的受力特性，本文在悬链线理论计算 程序的基础上，开发了一套适用于不同水深的 S 型铺管法管道受力计算分析软 件。另外，本文还开发了铺管船数据库系统，以方便实际铺管作业中对铺管船 的选择。
