文档介绍：大连理工大学
博士学位论文
海底腐蚀管道破坏机理和极限承载力研究
姓名:陈严飞
申请学位级别:博士
专业:水工结构工程
指导教师:周晶;李昕
20090928
摘要随着我国海洋油气资源的开发,海底管道对海上油气田的开发、生产和产品的运输起着关键性的作用,被称为海上油气田的“生命线”,海底管道建设日益增多。海底管道所处的海洋环境恶劣,管道发生腐蚀损伤不可避免。管道发生腐蚀后,会引起管壁整体或局部变薄,使得管道的静态和动态抗力减小,若不及时更换或维修,会引起海底管道的破坏和原油泄露事故。腐蚀是引起海底管道破坏的主要因素之一,为了避免此类事故的发生,需要准确预测腐蚀管道的剩余强度,及时正确决策腐蚀海底管道是否能继续运行。因此研究海底腐蚀管道在工作荷载以及环境荷载作用下的破坏机理和极限荷载具有重大的理论意义和实用价值。基于经典的和荚颍隽送旰霉艿篮臀尴蕹じ垂艿兰弈谘荷载解析解。建立了海底管道非线性分析模型,分析了轴向腐蚀管道在内压荷载作用下的破坏机理,提出了基于参考应力的应力失效准则来确定管道的失效内压,探究了腐蚀深度、腐蚀长度、腐蚀宽度、腐蚀位置、轴向应力、管材等参数对管道极限内压荷载的影响,与现有腐蚀管道计算方法进行了比较,并基于计算结果回归了轴向腐蚀管道失效内压荷载计算公式,通过与实验数据对比,验证了本公式的适用性和准确性。研究了轴向和环向相邻腐蚀管道在内压荷载作用下的破坏机理和极限内压荷载的计算方法,研究了腐蚀轴向间距、环向间距和腐蚀深度等参数对管道失效模式和失效内压的影响,提出了轴向相邻腐蚀相互作用准则和环向相邻腐蚀相互作用准则。基于轴向和环向相邻腐蚀相互作用准则,提出了轴向投影和环向投影的双向投影的方法,采用等效长度、等效宽度、等效深度的概念,给出复合相邻腐蚀管道极限内压荷载计算步骤,发展了群腐蚀管道的极限内压荷载计算方法,为复杂腐蚀形式的管道的剩余强度评估提供了一定的参考依据。基于理想弹塑性模型,给出了管道在剪力、扭矩、内压、轴向力联合作用下管道极限弯矩荷载无量纲一般解析解,探究了剪力、扭矩、内压和轴向力对管道极限弯矩荷载的影响,给出了相互作用曲线和曲面。基于线性强化弹塑性模型,给出了轴向力作用下管道极限弯矩荷载的解析解和近似解;并采用幂次强化模型,给出了内压和轴向力联合作用下管道的极限弯矩荷载计算方法。通过与实验数据对比表明,基于理想弹塑性假设的解析解预测值可以作为联合荷载作用下管道的极限弯矩荷载的下限值。当管道受到轴向拉力作用时,考虑管材的应变强化作用,管道极限弯矩荷载的预测值与实验值吻合更好。大连理工大学博士学位论文
基于屈服准则,考虑了管材的各向异性,推导了不规则腐蚀缺陷管道在内压和轴向力联合作用下极限弯矩荷载解析解,并编制了相应的通用程序NA烁垂艿评估的工程实用性,发展了等深度、椭圆和抛物线三种理想化形状腐蚀缺陷管道的解析解,通过算例验证了解析解与广义解结果具有很好的吻合性。探究了腐蚀深度、腐蚀宽度和腐蚀形状等参数对极限弯矩荷载的影响。研究表明除了腐蚀深度和宽度外,腐蚀形状对极限弯矩荷载有显著影响,将实际腐蚀简化为等深度腐蚀,将会过低估计管道的极关键词:海底管道;腐蚀;破坏机理;极限内压;相互作用准则;极限弯矩海底腐蚀管道破坏机理和极限承载力研究限弯矩荷载。
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大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知,除文中已经注明引用内容和致谢的地方外,本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果,也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处,本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目:作者签名:
学位论文题目:一日期:—域年籐月』乏二坠整大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定,在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学,允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名:导师签名:大连理工大学博士学位论文
绪论课题研究的背景及意义石油天然气是重要的战略资源,关系国民经济和社会发展,关系国家安全。随着我的迅速提高,对石油资源的需求逐年增加,我国目前已经成为仅次于美国的世界第二石油消费国。我国