基于ABAQUS断层作用下大口径输气管道的屈曲响应研究

来源 :西南石油大学 | 被引量 : 10次 | 上传用户:hxhbj2009
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我国活动断层分布广泛,长输油气管道会穿越活动断层区域。大部分埋地管道会因地壳岩层破裂造成的永久性地面位移而发生断裂失效破坏。断层错动作用下,管道受土体错动挤压,断层面附近的管道截面产生大变形,急剧增大的压应变导致管道发生壳式屈曲,从而使管道丧失承压能力,此外大变形也是管壁发生环向裂纹的重要诱因,因此研究管道临界屈曲应变状态及临界屈曲应变值对于保证管道安全意义重大。本论文以断层作用下大口径输气管道为对象,研究其局部屈曲行为和参数影响规律,基于数值模拟算例的结果,提出走滑断层作用和逆断层作用下临界屈曲应变和临界断层位移计算公式。主要研究内容如下:通过调研分析现有的规范中的管道屈曲应变计算公式,基于非线性有限元理论、壳体理论与中缅输气管道参数,利用商用有限元软件ABAQUS建立了穿越走滑断层和正逆断层的三维管土有限元模型,选用壳单元建立管道模型,土体模型采用C3D8实体单元;管道本构模型采用Ramberg-Osgood模型来精确描述管材的弹塑性特征,土体本构模型采用理想弹塑性模型Mohr-Coulomb模型进行描述,建立了尺寸为60m× 10m×6m的管土耦合模型,通过建立管-土接触对从而真实模拟管土间的非线性接触行为;并通过试验结果比对验证了模型的准确性和有效性。对影响管道局部屈曲的10个敏感参数进行分析,计算分析了不同参数影响下,管道局部屈曲部位的轴向应力应变变化趋势、管道的整体变形量和管道整体最大轴向压应变随断层位移量的变化趋势;通过计算不同工况下有限元的临界屈曲应变值和CSA极限压应变值进行对比,发现CSA极限压应变公式计算的局限性和不精确性。最后结合各参数对管道临界轴向应变的影响规律,通过多元非线性回归理论得到各类影响因素下,X80材质大口径管道穿越走滑断层和逆断层的埋地管道临界屈曲应变和临界断层位移计算公式,并通过另外几组有限元模拟实验发现该公式与模拟实验值符合良好,证明该公式具有一定的准确性,因此临界断层位移公式可用于判断震后管道的状态和安全性,具有一定的工程参考价值。
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