[发明专利]海底管道整体屈曲数值模拟中管道长度的确定方法

说明书

本发明公开了海底管道整体屈曲数值模拟中管道长度的确定方法，包括确定上限临界管长和确定管道建模长度两个步骤，本发明通过分析各铺设模态管道的上限临界管长计算公式，给出了海底管道整体屈曲数值模拟中管道长度的确定方法；使用该方法所确定的模型长度建模进行管道整体屈曲分析，在能准确的模拟管道整体屈曲的结果的同时大大减少计算成本；该方法所涉及的步骤简明，计算简单，能快速高效的实现管道模型长度。

技术领域

本发明涉及一种海底管道整体屈曲数值模拟中模型长度的确定方法，特别涉及一种基于上限临界管长的海底管道整体屈曲数值模拟中模型长度的确定方法。

背景技术

海底管道被广泛应用于海上油气资源开发中，主要起着储运介质的作用。为满足工艺要求，介质必须在高温高压下运输。管道在温压联合作用下容易发生类似于压杆稳定的整体屈曲变形，造成油气泄漏，引起经济损失及安全事故。因此，海底管道整体屈曲问题是海底管道安全运营相关研究的重要问题，国内外学者开展了大量海底管道整体屈曲的相关研究。

鉴于海底管道沿轴线方向的尺度远大于其截面尺度的形态特征，开展海底管道在温压联合作用下的全尺寸室内试验和现场试验均有较大的难度，因此，基于PIPLIN-III，PlusOne，UPBUCK，ABAQUS等有限元软件的有限元分析方法成为研究海底管道整体屈曲的重要手段，尤其是大型商业软件ABAQUS得到广泛应用，并获得了大量有价值的计算结果。

大量关于海底管道整体屈曲的有限元研究成果表明，数值模拟方法对海管屈曲的理论研究及指导工程实践都有重要意义。而准确合理的建模是有限元方法可靠的先决条件，在采用有限元方法分析海底管道整体屈曲时，所建模型的参数对整体屈曲分析结果影响显著，在各相关参数对海底管道整体屈曲的影响规律的研究中，关于海管模型长度对于整体屈曲的影响的研究较少，更没有明确的提出一种管道模型长度的确定方法。海底管道整体屈曲数值模拟中管道长度的确定主要受两方面因素影响：一方面需尽量模拟管道的实际情况，即采用真实的管道长度；另一方面，由于有限元软件本身限制，模型长度过大可能导致计算不收敛，且应考虑有限元的计算成本及效率等因素，模型长度应尽量取小值。在运用有限元方法研究海底管道整体屈曲时，基于以上两点因素，应该在保证模拟能准确反应管道实际整体屈曲结果的前提下尽量选取更短的模型长度。

因此，本发明提出了一种基于上限临界管长的海底管道整体屈曲数值模拟中模型长度的确定方法。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了海底管道整体屈曲数值模拟中管道长度的确定方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

海底管道整体屈曲数值模拟中管道长度的确定方法:

1、确定“上限临界管长L_tm”：

(1)对于两端自由、初始缺陷左右管长对称的管道，如图1所示，其“上限临界管长”公式为：

L_tm＝4L_c (1)

(2)对于两端固定、初始缺陷左右管长对称的管道，如图2所示，其“上限临界管长”公式为：

L_tm＝2L_c (2)

(3)对于两端自由、初始缺陷左右管长不对称的管道，如图3所示，由于ac段与bc段具有管长的差距，分别对左右管段属性进行判断，其“上限临界管长”公式分别为：

ac段：L_tm＝2L_c

bc段：L_tm＝2L_c (3)