非金属海底管道在位稳定性研究

发布时间：2020-08-21 20:12

【摘要】：海底管道的在位稳定性一直都是限制海底管道应用范围的技术难题。钢质海底管道在位稳定性的研究开展较为广泛,理论也很成熟,然而针对非金属海底管道的研究较少。本文将以非金属海底管道为研究对象,通过规范计算,数值模拟以及实验研究探讨非金属海底管道的在位稳定性问题。本文配重计算参考钢质海底管道在位稳定性计算规范,但考虑了以下几点区别：非金属海底管道由于自身材料的强度有限,因此管道直径不会太大,计算水动力时与钢管有所区别；非金属管道使用水深较浅,计算时主要考虑波浪作用,采用Airy波理论进行水动力的计算。为了进一步了解非金属海底管道在海床的变形行为,本文进行了数值模拟计算。利用规范计算所得的配重结果以及选择的配重方式进行建模分析,文中主要分析了加以配重后非金属海底管道在波浪载荷作用下的变形以及位移,从结果可以看出最大横向位移为1.121m,超过了DnV规范中的动态稳定方法的10D范围,但最大应力仅为0.864MPa,最大应变约为0.96%,对于非金属管道来说是出于安全水平的。这种现象说明DnV规范在处理小直径管道以及非金属管道时存在一定的缺陷。需要在后续的研究中指定专门用于非金属海底管道在位稳定性的规范。最后本文进行了针对非金属海底管的在位稳定性开展了波浪水槽实验研究,进行了2种不同水深,4组不同配重共8组实验。通过研究发现：非金属管道不加配重在0.4m水深时加以50mm的波浪即发生失稳,在0.6m水深时加以70mm波浪即发生失稳。由此可见水质点运动随着水深的增加而衰减,与文中阐述的水质点运动轨迹相吻合。当配重重量相近配重形式不同时(第二组和第三组实验),间距较大的配重情况比密集的配重情况对管道稳定性作用明显要好。管道在经历失稳之前,周围土壤都会被冲刷,当配重越大时冲刷就越严重,当达到一定程度时会出现后稳定现象,此时管道陷深较大。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P756.2

【引证文献】