填埋式柔性液体管道的三维有限元分析案例研究外文翻译（译文）

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1、PDF外文：http:/ 5377 字  出处： ASME 2002 21st International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers, 2002: 435-442    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

2、限元分析案例研究                         学生姓名                                     专业班级     机械设计制造及其自动化 05-2     学     号   &

3、nbsp;                                院  （系）           机电工程学院              指导教师 (职称 )                    

4、        完成时间            2009 年   6 月   1 日           Application of Finite Element Modelling in the Qualification of Large Diameter Unbonded Flexible Risers  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

5、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， 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

6、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 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

7、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，

8、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，

9、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