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1、基于應(yīng)變理論的滑坡對(duì)海底管道的影響分析EvaluationofLandslideImpactonSubmarinePipelinesBasedonStrainTheory工程領(lǐng)域:水利工程作者姓名:王日旺指導(dǎo)教師:張偉副教授企業(yè)導(dǎo)師:劉振紋高級(jí)工程師天津大學(xué)研究生院2017年12月摘要隨著海洋油氣的需求不斷增長(zhǎng)，海底管道的建設(shè)長(zhǎng)度將越來越長(zhǎng)，也將不可避免地穿越易滑坡區(qū)域。如果按照傳統(tǒng)的應(yīng)力設(shè)計(jì)理論，就會(huì)使該區(qū)域的管道設(shè)計(jì)過于保守，建設(shè)成本將大大增加。最新的研究與實(shí)踐顯示，即使海底管道在滑坡作用下應(yīng)力超過屈服應(yīng)力，管道只要還未達(dá)到極限應(yīng)變就不至于發(fā)生管道破壞。但是，基于應(yīng)變理論的海底管道設(shè)
2、計(jì)目前剛剛起步，還有很多問題學(xué)術(shù)界和工程界沒有搞清楚，特別是滑坡作用下海底管道的應(yīng)變特性急需被工程界準(zhǔn)確掌握。本文首先研究了滑坡作用下海底管道的彈性分析，理論推導(dǎo)彈性解析解，并分析了軸力與最大位移的關(guān)系。接著再研究滑坡作用下的海底管道的彈塑性分析，得到彈塑性的數(shù)值解方程，然后研究滑坡作用下的不同參數(shù)變化對(duì)海底管道應(yīng)變的影響。在海底管道彈性研究中，理論推導(dǎo)驗(yàn)證了管道滑坡段軸力近似不變。在彈塑性研究中，理論推導(dǎo)了塑性階段的彎矩與曲率之間的關(guān)系。由于彈塑性方程含有隱函數(shù)，難以直接得到解析解，本文采用二階中心差分?jǐn)?shù)值方法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。由于管道軸力不平衡問題，本文提出了管道軸力修正模型，并應(yīng)用于管
3、道彈塑性的軸向應(yīng)變推導(dǎo)中。然后本文根據(jù)不同參數(shù)變化對(duì)管道應(yīng)變影響進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)管道應(yīng)變隨著滑坡力、滑坡寬度、橫向阻力、軸向阻力等變化具有一定的變化規(guī)律。本文對(duì)海底管道的彈塑性理論推導(dǎo)和軸力修正以及應(yīng)變研究，將為海底管道的彈塑性研究提供新的思路和角度，對(duì)管道應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)具有重要的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞:海底管道，滑坡，應(yīng)變理論，彈塑性，軸力修正IABSTRACTWiththedevelopingdemandofoffshoreoilandgasresource,theconstructionofthesubmarinepipelinewillbelongerandlonger,andwill
4、inevitablytraversetheslipperyarea.Ifdesignedbasedonstress,thiswouldmakethedesigntooconservative,andtheconstructioncostofthesubmarinepipelinewouldincreasegreatly.Accordingtothelatestresearchandpractice,evenifthestressofthesubmarinepipelineexceedstheyieldstressundertheeffectofthelandslide,thepipewi
5、llnotbedamagedasithasnotreachedthelimitstrain.Submarinepipelinedesignbasedonstraintheory,however,atpresent,therearemanyproblemsinacademiaandengineering,especiallythestraincharacteristicsofsubmarinepipelineundertheeffectoflandslideneedbeaccuratelygraspedintheengineeringfield.Inthispaper,theelastic
6、analysisofsubmarinepipelineundertheeffectoflandslideisstudied,andtherelationbetweenaxialforceandmaximumdisplacementisanalyzed.Thentheelastic-plasticanalysisofsubmarinepipelineundertheeffectoflandslideisstudied,andthenumericalsolutiontotheelastic-plasticequationisobtained.Finallytheinfluenceofdiff
7、erentparametersonthestrainofsubmarinepipelineundertheeffectoflandslideisstudied.Intheelasticstudyofsubmarinepipeline,thetheoreticalderivationverifiesthattheaxialforceofthepipelineisapproximatelyunchanged.Inthestudyofel
