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1、新 疆 大 学 硕士研究生毕业论文开题报告 题目： 低温环境下不同强度的地震波对油气管道裂纹形成及扩展的计算机模拟研究 报 告 人： 指导老师：,国内外研究概况,研究的主要内容,预期结果,主 要 内 容,研究工作中面临的难题,选题的目的和意义,研究方法及技术路线,研究的创新点,1 选题的目的和意义,在五大运输方式中，管道运输有着独特的优势。在建设上，与铁路、公路、航空相比，投资要省得多。就石油的管道运输与铁路运输相比，沿成品油主要流向建设一条长7000公里的管道，仅降低运输成本、节省动力消耗、减少运输中的损耗3项，每年就可以节约资金数10亿元左右；而且对于具有易燃特性的石油、天然气运输来说，管
2、道运输更有着安全、密闭等特点。随着我国工业化进程的加快和能源结构优化的推进，我国油气管道建设正迎来一个大的发展机遇期。,目的和意义,1 选题的目的和意义,在容易发生地质灾害或者气候环境恶劣地区,管道的安全性尤为凸现。新疆作为国家的主要的石油天然气开发基地，却是地震和低温都具备的地区，大大增加了管道的安全隐患。 本课题就针对在低温条件下微弱地震波对管道脆性断裂和疲劳断裂的发生、不同裂纹的形成、扩展和损伤机理用断裂力学有关的学说，理论和方法进行系统地研究，为各类管道材料和结构的优化设计及铺设工程提供有效的参考理论依据,2 国内外研究概况,2.1 国外理论研究 关于材料的裂纹形成、裂纹扩展和管道断裂
3、等问题的研究不少，也提出了切合实际的科学理论和解决方法； 弹塑性断裂力学理论 （1）Paris提出了疲劳裂纹扩展公式； （2）Dugdale提出了窄带屈服区模型； （3）Rice建立了J积分原理，指出J积分的守恒性； （4） Hutchinson，Rice和Rosengren独立地提出了弹塑性材料裂纹尖端HRR奇性场。,2 国内外研究概况,2.2国内研究现状 为了避免管道在地质灾害中发生断裂，国内也有一些科学工作者在有关材料裂纹形成、扩展及断裂问题的基础上，围绕管道的断裂失效这个问题展开了多方面的研究工作。 刘西拉，张楚汉等人进行了国家重点基础研究发展规划项目“灾害环境下重大工程安全性的基础研
4、究”， 。该项目总结了地震对地下管道破坏的情况，对地下管道的地震破坏原因和机理作了简单的分析，并提出地下管道在设计和施工中应考虑地震的作用和地下管道应采取的抗震措施。,2 国内外研究概况,由小川等人进行“西气东输管道裂纹的韧性减速机理研究”， 将动态断裂力学的基本原理、基本方法和止裂判据与壳体动力学的有限元方法相结合,形成了求解输气管道裂纹扩展问题的数值分析方法。 陈艳华、朱庆杰和陈鸿雁等人的“地震和断层作用下埋地管道破坏的流固耦合分析”研究中介绍了在考虑流固耦合和地震荷载作用的情况下,建立了地下管道破坏分析的有限元模型,建模和计算过程,地震荷载加载和断层活动约束的实现,以及模型参数选择等。依
5、据计算结果,分析了管内介质及流速等参数对管道破坏的影响。,3 研究内容,（1）低强度不同级别地震波二维不稳定交变载荷对有缺陷和无缺陷管道疲劳断裂的影响机理进行研究； （2）低强度不同级别地震波二维不稳定交变载荷对不同材料管道疲劳断裂的影响机理进行研究； （3）低温恶劣环境对管道断疲劳断裂和疲劳裂纹的形成和扩展的影响； （4）建立正确的数学模型，用计算机模拟，最后结合相关理论、模拟结果，提出增强管道对地震交变动载荷的抵抗能力的新方法和措施。,内容,4 研究方法及技术路线,获得各项参数,4.1.1,4.2.1,4.3.1,4.4.1,5.5.1,5.6,建数学模型,计算机模拟分析,模拟结果研究,提
6、出优化方案,技术路线,利用Ansys软件对管道进行网格划分和各种载荷(温度载荷，不同地震强度载荷）下受力分析。,查阅大量资料，获得研究的各项参数（包括地震、温度、材料等各方面）,包括物理学模型、土材料模型、管材模型、温度模型、有限元模型等,对计算机的模拟结果进行分析比对研究,提出增强管道对地震交变动载荷的抵抗能力的新方法和措施。,本试验技术路线如下所示,本试验技术路线,材料的选择,参数计算,计算结果比较分析,建数学模型,计算机模拟,模拟结果分析,提出优化方案,5 预期结果,通过理论分析，建立正确数学模型，在计算机上进行模拟，最后能够获得与实际相似的模拟结果;,通过理论与模拟结果的分析，提出在低温环境中增强管道对地震交变载荷的抵抗能力的新方法和措施。,6 研究的创新点,不同级别的低强度地震波对管道断裂的影响进行系统的研究;,根据新疆气候条件，首次将温度因素考虑进去，研究地震与温度的耦合作用;,对不同材料的管道断裂进行对比研究.,7 研究工作中可能面临的问题,（1）地震波影响裂纹扩展的建模问题不易实现，需要查阅大量的国内外文献资料； （2）关于地震和力学相关的理论知识需要强化； （3）由于管道裂纹影响因素会很多，可能有考虑不周的情况。,Thank You !,敬请各位老师、同学提宝贵意见！,
