整体式止屈器数值模拟方法与优化研究

发布时间：2024-03-06 00:55

　　海底管道是海洋石油主要的运输方式,但海底管道在外部静水压力作用下很可能发生局部屈曲压溃,造成灾难性后果。安装止屈器可有效阻止屈曲传播,保证管道安全,整体式止屈器在实际中应用最为广泛。整体式止屈器存在通过减小止屈器体积以节约成本进行优化的可能性,因此,在保证止屈器止屈效果的前提下,可通过减小止屈器的体积,以达到减轻重量、节约成本、减少安装难度等多种目的。研究过程中使用ABAQUS进行模型的仿真模拟,比较了广义弧长法的优缺点,决定选用更方便的静水流体单元法,计算得到不同止屈器的穿越压力以及相应的体积,对比各止屈器的穿越压力变化和体积变化,实现结构优化的目标。基于以上研究,可以得出减少止屈器体积的结构优化方案具有可行性的结论。

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【部分图文】：

图1整体式止屈器示意

整体式止屈器是在管道铺设之前，按一定布置间距焊接在管道指定位置处的厚壁圆环，所以止屈器的内径和管道的内径相同，只是止屈器的壁厚比管道的壁厚大。止屈器和管道同轴排好之后在连接处进行焊接，如图1所示，止屈器和管道形成一个整体，黑色三角为焊接处。止屈器可以阻止屈曲的传播，但是当外部水压....

图2“回漂”现象

另外一种情况是屈曲成功传播到止屈器部分，计算过程中没有产生“回漂”现象，此时管道受到的静水压力逐渐增大，但随着压力的增大，到达某个压力值时，计算不再收敛，最后报错，如图3所示。查看变形云图可知报错的点在止屈器穿越压力点附近。出现这种情况的原因可能是因为止屈器部分的结构比较复杂，在....

图3止屈器附近报错

图2“回漂”现象总而言之，使用广义弧长法计算管道止屈器模型，往往需要经过多次尝试，得到适当的弧长搭配，最后才能得到需要的结果。

图4设置Skin单元

关于网格划分，一方面需要尽可能减少网格的数量以提高计算速度，另一方面要保证计算的精确度，因此，管道、止屈器以及流体舱的周向上划分为15～20份，管道以及止屈器的径向上划分为1～2份，管道的轴向上按每D个单位长度划分为10份，但在管道与止屈器的接触部分进行网格的加密处理。网格单元类....

本文编号：3920307