木楔效应在水平定向钻回拖力预测中的分析与应用

发布时间：2022-01-06 07:15

　　采用传统的Winkler弹性地基模型,建立水平定向钻回拖过程中管土耦合模型;根据最小势能原理采用变分法导出考虑管土耦合作用时平面刚架单元的刚度矩阵;按照有限元分析方法确定木楔效应的求解步骤;提出木楔效应系数以表征导向孔对管道的夹持作用,并进行影响因素分析。结果表明:当外载荷、椭圆扁率增大,地基反力系数、扩径比减小时木楔效应系数均增大;当外载荷、扩径比增大,地基反力系数、椭圆扁率减小时管道位移均增大。两项穿越工程实例验证了木楔效应对回拖力预测有显著影响。 

【文章来源】：中国石油大学学报(自然科学版). 2020,44(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

物理模型示意图

图1 物理模型示意图采用每个结点有3个自由度的2结点平面刚架单元进行分析,结点位移包括单元轴线方向及其垂线方向上的线位移、结点转角,结点载荷包括轴力、剪力与弯矩。分析中的单元可区分为两类,即与地基不接触的单元和与地基接触的单元;对于前者,根据最小势能原理采用变分法可得在单元局部坐标系(图2)下的单元刚度矩阵[K1,e][12],表示为

Κ c = 1+( Q x /Q z ) 2 .?????? ??? (10)根据wp修正管道弯曲的挠度,可得管道所受外载荷P,进而计算Kc,用于求解管土摩擦力,据此修正后的管土耦合作用使回拖力预测更符合实际工况。对图1所示两种管土耦合模型进行分析,计算所需初始参数包括管道半径(109.5 mm)、壁厚(12.9 mm)、圆形导向孔半径(150 mm)或椭圆导向孔长/短半径(163 mm/150 mm)、外载荷(1 200 N)、地基反力系数(7.8×106 N/m3)、弹性模量(700 MPa),通过变化单项参数研究外载荷P、地基反力系数k、管材弹性模量E、扩径比[8]、椭圆扁率α等因素对Kc、wp的影响规律。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3572001