1、 郑州轻工业学院 本科毕业设计（论文） 外 文 翻 译 题 目 填埋式柔性液体管道的三维有限元分析案例研究 学生姓名 许斌 专业班级 机械设计制造及其自动化 05-2 学 号 200502010216 院 （系） 机电工程学院 指导教师 (职称 ) 王红卫（教 授） 完成时间 2009 年 6 月 1 日 填埋式柔性液体管道的三维有限元分析案例研究 Dr.Wenchao Zhang,Justin Tuohy HALLIBURTON WELLSTREAM Newcastle Upon Tyne Great Britain 摘要 ： 由于压力和温差 的影响传送热 流体 的管道会有延长的趋势 。然而
2、， 由于管线的 终端 一般是固定 在 刚性结构或设备 上 ，这样 管线的延长将在纵向方向被限制，这就是远离管道终端部分的问题所在，其结果就 是管道轴向部分被压缩。在许多情况下，一条海底管线必须为防护和绝热的目的被沟填或掩埋。结果，柔性管线的侧向运动被极大的限制，当管线的应变能超过覆盖物和管线自重提供的约束力，就会形成一个过度的向上的位移。对柔性管线而言，这种过度的向上的位移被称为“剧变屈曲”，它可以通过施加足够的向下的约束反力加以抑制，比如：填埋沙包和石块或者设计一种新的可以克服这种现象的管线。 在本文中，一段沟填但不掩埋的 6 英寸管线产品的全三维有限元分析被提出，利用基于剧变屈曲分析理论的
3、 WellStream 有限元分析法。抗弯刚度效应和剧变蠕动 是柔性管道的独有特点，他们被排除在一般载荷，如管线自重，回填预压力，压力，温度分布，规定的力（集中或分散）及位移之外，环境载荷的影响如可导致回填物被冲刷掉的问题也可以得到解决。 选择三维有限元分析软件 ANSYS 来研究这个案例，是由于其独特的特点：参数化设计语言，联系 /目标单元及其通用的三维壳体和实体单元可以分别被用来表示柔性管道和海沟土壤。 简介： 由于压力和温差 的影响传送热 流体 的管道会有延长的趋势 。然而， 由于管线的 终端 一般是固定 在 刚性结构或设备 上 ，这样 管线的延长将在纵向方向被限制，这就是远离管道终端部
4、分 的问题所在，其结果就是管道轴向部分被压缩。 如果管道是 平铺 在海底 则 此压缩将导致管 道 横向移动，以纾缓其应变能 ，其结果是 产生“蜿蜒” 但稳定的 结构 。 如果管道被沟填，沟槽宽度足够但不被掩埋，压缩将导致管线在沟槽中横向变形其结果是长生有限向上位移的“狭窄蜿蜒”。同样，这仍然是一个稳定的结构。但是，一方面，如果沟槽宽度太窄而不能消除管道的过度应变能，管道就只能向上移动。另一方面，沟填的管道可能被覆盖少量的土壤，虽然这样管道的横向移动被极大的限制，但向上的位移却会过大（或不稳定）。最终当管线应变能超过回填物和管道自重提 供的约束时，管线会脱离沟槽。 对柔性管道而言，这种过度的向上
5、的位移经常被成为剧变屈曲。对于接近剧变屈曲状态的柔性管道而言，重点是，管道相对环境危害将变的脆弱或失去其结构的完整性。影响剧变屈曲的因素包括：安装和挖沟产生的预应力，初始时海底结构和柔性管道的结构性能以及周围媒介如沟槽、回填土或负载。 所以，为所有海底管线评估潜在的剧变屈曲以成为普遍的做法，它可以使管线工作在更高的流量、压力和温度下。 以上规格的支付要求 会显著增加项目预算。根据 规格的支付要求 会造成更大的风险，引起剧变屈曲从而破坏结构的完整性。此外一旦 其成为经济上的制约，其它选项如设计智能路线或给管线预先加压也应该被考虑。 为剧变屈曲已经建立了很多模型，但它们中的大多数局限于简化的个人资
6、料，以便于分析模型可以在普遍静平衡的基础上得以发展。重点主要放在关键驱动力和上举反力上，它们决定覆盖物设计而不是模拟管线反应。这些简化方法可能过于保守并且在某些情况下，它们不能确定危险点和潜在的剧变屈曲风险，这可能导致严重的经济后果。因此重要的是理解管线如何响应各种附加情况，一边获取更高效率的设计，以确保管线的完整性，特别是柔性管道。为了更现实的评估离岸管线的剧变屈曲风险 ，本文提出了一种有限元分析法。 剧变屈曲的分析方法 Wellstream 的剧变屈曲分析是一种有限元 分析 法（ FEM ）。进行 该 分析 是 利用 ANSYS 一 种 大规模 、通用的 有限元程序 ，它利用有限元方法对结构、电子及电磁进行分析 。 当把压力、热力条件和管道自重（包括或不包括管道内液体）纳入考虑之中时，非线性、大挠度单元被用来模拟柔性管道、海底和海沟是可行的。另外，集中或分散的预应力和指定的位移也可以得到解决。柔性管道和回填土（或岩石护
