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AUTOPIPE在立管系统建模分析中的应用研究

作　者: 刘豪杰
导　师: 闫澍旺
学　校: 天津大学
专　业: 岩土工程
关键词: 立管系统 波浪-立管相互作用 地基土-立管相互作用 有限元AUTOPIPE 设计参数
分类号: TE952
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着世界经济的发展,能源需求量不断增加,陆地石油量的逐渐减少使得海洋成为油气等能源勘探开发的重要领域。由于管道输送有着其他方法无法比拟的优势,这种运输方式被广泛采用。立管系统是海底管道系统重要组成部分。它所处的位置特殊,是连接海底管道和海上设施的管路;它所受的荷载复杂,不仅有来自海平面的波浪荷载、冰荷载,还有来自海底土体的作用,更有来自管道内部介质温度和压力的影响。因此,立管系统成为海底管道系统中重要但薄弱的环节,如何对其进行合理高效的设计成为设计工作者亟待解决的问题。在进行立管系统的设计时,会涉及到许多的基础理论,如波浪-立管相互作用理论,地基土-立管相互作用理论等。这些理论有些比较成熟,可以直接加以利用;而另外一部分理论则需要通过大量的工程实例,总结经验,才能在设计工作中做到游刃有余,准确高效。通过对这些基础理论的研究,本文深入探讨了立管系统所受荷载的作用方式、作用位置和作用机理,为设计工作中荷载参数的选取提供了依据。AUTOPIPE是进行立管设计时常用的管道应力有限元分析软件。本文从AUTOPIPE的理论基础入手,详细论述了在利用AUTOPIPE建模过程中参数的选定、计算和输入以及模型分析、结果输出等步骤,并结合渤海湾某采油平台一条混输管线的立管部分典型实例,具体介绍了立管模型的建立,分析,计算以及后期处理等过程。在模型的建立过程中,也会涉及到大量设计参数的选择,设计参数选择的不同会对分析结果产生很大的影响,本文在总结大量工程经验的基础上,归纳出对模型计算结果起着重要影响的非确定性参数,并且介绍了这些非确定性参数选取的不同带来模型计算结果的不同和这些不同结果的比较。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-15
  1.1 海底管道与立管系统的国内外研究现状  9-11
  1.2 海洋管道设计标准及设计分析软件  11-14
    1.2.1 海底管道与海洋立管设计标准  12-13
    1.2.2 管道应力分析软件  13-14
  1.3 本文研究内容  14-15
第二章 不同荷载作用下的立管理论分析  15-36
  2.1 立管系统设计的相关概念  15-18
    2.1.1 立管系统的概念及组成  15-17
    2.1.2 立管的设计荷载  17
    2.1.3 立管设计的校核  17-18
  2.2 管壁的校核分析  18-20
    2.2.1 外管壁的校核  18-19
    2.2.2 内管壁的校核  19-20
  2.3 管道的涡流激振作用力校核  20-23
    2.3.1 洋流引起的涡流激振  20-22
    2.3.2 波浪引起的涡流激振  22
    2.3.3 欧拉屈曲校核  22-23
  2.4 波浪理论分析  23
  2.5 海冰理论分析  23-26
  2.6 管土相互作用理论分析  26-36
    2.6.1 管线横向约束理论  27-29
    2.6.2 管线纵向约束理论  29-31
    2.6.3 管线竖向约束理论  31-36
第三章 AUTOPIPE 的理论基础及建模分析步骤  36-52
  3.1 AUTOPIPE 理论基础  36-39
    3.1.1 静力分析的基础  36
    3.1.2 动力分析的基础  36-39
  3.2 立管系统的有限元模型  39-40
  3.3 立管模型的建立步骤及数据处理  40-52
第四章 立管系统的有限元模型建立实例  52-65
  4.1 立管的基本设计参数  52-55
    4.1.1 管道属性设计参数  52-53
    4.1.2 环境参数  53-55
  4.2 立管的模型建立  55-61
    4.2.1 平台位移  55-57
    4.2.2 锚固点的强制位移  57
    4.2.3 管周围土及混凝土压块的参数计算  57-60
    4.2.4 荷载组合  60-61
  4.3 数据处理  61-65
    4.3.1 内外管节点校核  61-62
    4.3.2 立管卡子受力校核  62
    4.3.3 法兰校核  62-65
第五章 建模过程中关于参数调整的研究  65-70
  5.1 土参数的调整  65-68
  5.2 其他因素的调整  68-70
第六章 结论与展望  70-72
  6.1 结论  70
  6.2 展望  70-72
参考文献  72-74
发表论文和参加科研情况说明  74-75
致谢  75

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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 > 海上油气田开发开采机械设备 > 海上开采机械设备
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