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《落石沖擊載荷作用下大口徑埋地管道應變規(guī)律研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、綜述石P油化工設備技術，2011，32(5)·26·etro—ChemicalEquipmentTechnology落石沖擊載荷作用下大口徑埋地管道應變規(guī)律研究聶肖虎，劉傳奇，朱秀星(1．中國石化管道儲運公司襄樊輸油處，湖北襄陽441002；2．中國石油大學(華東)工程力學系，山東東營257061)摘要：針對大口徑薄壁埋地管道在沖擊載荷作用下易發(fā)生彎曲失效的問題，基于管土耦合分析模型，采用有限元數(shù)值仿真技術模擬了沖擊載荷作用下埋地管道的動態(tài)響應，分析了大口徑薄壁管的截面橢圓化變形與應變分布，以應變準則為依據(jù)校核管道安全性。
2、在此基礎上，探討了管道埋深、徑厚比、沖擊載荷、管溝填充土等工程參數(shù)對管道應變的影響規(guī)律。研究表明，增大管道埋深，提高管道徑厚比，減小落石沖擊速度，回填土采用粘性較大的軟質(zhì)土等能夠減小管道應變，研究所得規(guī)律對于大口徑薄壁管道抗災設計與防治措施制定有指導意義。關鍵詞：埋地管道沖擊栽荷有限元在西氣東輸、川氣東送等長輸管道工程建設較少。本文基于管一土耦合理論及有限元分析技中，管道的敷設不可避免要經(jīng)過滑坡、泥石流等自術，采用有限元軟件ABAQUS，以薄壁殼單元建然災害高發(fā)地段，而長輸管道中廣泛應用的大口立管道模型，通過接觸對的應用模
3、擬管土耦合作徑薄壁鋼管(1016×21mm、1219x22mm)用，建立了有限元分析模型，并實例模擬了落石沖限于自身結構的特點，在災害作用下易發(fā)生屈曲擊作用下大1=1徑埋地鋼管(X7O，西1016×21mm)失效，嚴重影響管道的正常運行。的力學響應，分析了管道的截面大變形及應變分崩滑巖(土)體的形成機理與運動形式方面的布。在此基礎上，以應變極限準則為標準校核管研究已相對成熟，而埋地管道受沖擊載荷作用是道強度，探討埋深、徑厚比、沖擊載荷、管溝填充土復雜的非線性接觸問題，理論求解比較困難。隨等工程參數(shù)的影響規(guī)律，為管道抗災設計
4、提供指著計算機技術的發(fā)展，有限元、邊界元、離散元等導意見。理論的不斷完善，采用數(shù)值模擬的方法研究此類1管一土耦合理論及有限元問題已被普遍接受。研究的難點在于對管一土耦1．1大口徑薄壁管道的處理合模型的處理，劉愛文_1](2002)采用非線性土彈由于管道壁厚尺寸遠小于其他兩個方向的尺簧處理管土相互作用；G．Cocchettil2(2004)等采寸，約為1／50。采用有限單元法，將管道進行有用彈塑性的“宏單元”，代替土彈簧；Francesco_3限剖分，在單元的選擇上，為避免實體單元各方向(2004)等采用離散元模擬管土接觸，
5、土體用球形長度比例引起的單元奇異，則需引入大量單元，不顆粒模擬；Claudio_4等(2006)管土接觸加入接觸僅增加計算時間，而且計算誤差也有所增大。因單元，允許相對錯動，管土摩擦角為土體內(nèi)摩擦角而，管道采用將厚度簡化于截面屬性的殼單元，減的2／3，土體采用M—C模型；荊宏遠_5(2007)采少計算時間，提高計算精度(管道剖分與單元如用有限元軟件ANSYS／LS—DYNA數(shù)值模擬，管圖1所示)。此外，由于管道將發(fā)生較大彎曲變道與周圍土體之間的接觸定義為自動面一面接觸；鄧學晶(2009)等采用離散元軟件3DEC模擬，收稿日
6、期：2011-03—3O。管道采用Liner單元，管溝填土采用M—c模型。作者簡貪：聶肖虎，男，1992年畢業(yè)于中國石油大學(華東)目前，關于滑坡災害引發(fā)落石沖擊埋地管道化工設備與機械專業(yè)，現(xiàn)在從事油氣管道儲運管理與搶修工導致管道失效的研究中，針對大口徑薄壁管道特作，工程師。已發(fā)表論文2篇。點分析，管道截面橢圓化變形與應變分布的文獻Email：niexh5@163．CON石油化工設備技術其中，C8D4為線性顯式三維應力單元，S4R現(xiàn)破壞。曲線在0．08S處出現(xiàn)波動是管道上壁為四節(jié)點縮減積分的殼單元。同時采用質(zhì)量縮放土體出現(xiàn)
7、塑性變形，土體作用力減弱導致。來減小計算時問。2．2載荷施加埋地管道所受載荷主要是落石沖擊產(chǎn)生，忽略土體自重等次要因素的影響。分析落石垂向沖擊埋地管道情形，以沖擊落石垂向10m／s作為模型荷載。2．3結果分析時問沖擊過程中，沖擊中心土體應力始終保持最圖6管道中心上壁節(jié)點豎向位移曲線大，Mises應力以圓環(huán)形向四周擴散，原管土接觸面變成長軸為水平向的不規(guī)則橢圓形，圖4為沖擊發(fā)生0．02S后土體中間截面的應力分布圖。管道最大主應變點為管道上壁中心點，應變等值線沿縱向擴散速度較橫向速度大，將管道視為埋地梁，應變值與點到水平面的垂
8、直距離成正比，與所得結果相符。圖5為沖擊0．1S時管道應變等值云圖。時fHl／~圖7管道中心上壁節(jié)點軸向壓應變曲線口管一土接觸面是影響管道應變的一個重要因素，此接觸面隨時間不斷變化。分離面法線與水平軸角度(逆時針為正)由大變小，直至出現(xiàn)負角度，后在垂直方向管土分離，隨著球體的彈起，管口圖4土體中間截面應
