海底管道的失效及可靠度分析.pdf

1、海底管道是海洋油氣運(yùn)輸?shù)暮诵?，因而其安全?wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注。海底管道在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，受到如海水沖擊等各種載荷、腐蝕及環(huán)境的影響，會(huì)到導(dǎo)致管道失效。因此研究海底管道的失效問(wèn)題具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。本文借助于有限元軟件和Matlab工具編程，采用數(shù)值模擬的方法對(duì)海底管道的失效問(wèn)題展開(kāi)分析，并根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)管道受腐蝕時(shí)的失效概率進(jìn)行評(píng)估。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　建立一種懸跨崎嶇海床上的海底管道在海底環(huán)境下失穩(wěn)變形的有限元模型。考慮海

2、底管道受重力和水流沖擊下環(huán)境，采用有限元數(shù)值模擬的方法計(jì)算海底管道的最大位移，最大應(yīng)力和最大應(yīng)變。并分析管道在受不同水流速度的沖擊下穩(wěn)態(tài)振動(dòng)及瞬態(tài)振動(dòng)對(duì)海底管道失穩(wěn)或失效的影響。數(shù)值結(jié)果表明，管道的最大位移、應(yīng)力和應(yīng)變?cè)谒矐B(tài)情況下比穩(wěn)態(tài)情況下大，且與管道長(zhǎng)度都近似呈二次曲線關(guān)系。
　　建立一種含表面半橢圓裂紋管道斷裂和疲勞失效的有限元計(jì)算模型，提出一種提高海底管道疲勞壽命的局部表面納米化方法。通過(guò)數(shù)值模擬，計(jì)算出在不同大小載荷下，

3、管道裂紋尖端的J積分及管道的疲勞壽命。在此基礎(chǔ)上，對(duì)管道疲勞裂紋尖端附近采用一定特殊方式的表面納米化。計(jì)算結(jié)果顯示，在同樣情況下，管道裂紋尖端的J積分有一定程度降低，說(shuō)明可達(dá)到一定程度的止裂效果;同時(shí)，海底管道的疲勞壽命有很大提升，即可延長(zhǎng)管道使用壽命。
　　針對(duì)具體工程問(wèn)題，采用歸一型HL-RF法對(duì)海底管道受腐蝕的可靠度展開(kāi)分析，得到相關(guān)的失效概率。根據(jù)管道長(zhǎng)度，管道厚度，腐蝕裂紋長(zhǎng)度及裂紋深度和管道內(nèi)壁壓力的概率分布（均值和變