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洪水作用下马惠宁穿越管道的应力分析

发布时间:2018-03-21 15:13

  本文选题:管道 切入点:应力分析 出处:《西南石油大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:我国油气管网穿越地域广,不可避免地穿越河流湖泊等水文地域,穿越管道如果遭遇洪水灾害,可能会导致管道暴露悬空进而断裂,对管道的安全运营造成极大威胁。本文以洪水灾害频发的马惠宁管道为研究对象,对洪水作用下的穿越管道应力分析进行了研究。论文首先通过马惠宁穿越管道沿线水文条件分析了洪灾的成因与级别,然后基于Winkler假设的弹性地基梁理论建立了简化力学模型。采用Morison方程计算洪水对管道的作用力,运用解析法进行力学分析并基于应变准则进行失效判别。根据以上理论分析,编制了一套洪水对管道作用力计算的辅助程序。为进一步研究洪水作用下管道应力特点,采用有限元软件ABAQUS进行模拟仿真,由静力分析得到管道的应力、应变分布情况,确定应力、应变的集中区,得到管道的极限悬空长度和极限洪水流速,并讨论了两者间的关系。对应力影响因素进行分析,包括洪水含沙量、管道内压、管道壁厚等,确定各参数的影响程度。随后对管道进行动力分析,由模态分析得到不同悬空长度下的管道自振频率,判断是否发生涡激振动并得出易发生共振的危险长度。再者考虑洪水流量的时序变化,选取典型的快消快涨型洪水,基于隐式动力学分析法对管道进行时程分析,并将动力分析的结果与静力分析做对比。最后基于以上结论,针对马惠宁管道提出降低应力措施,从水工保护、套管加固、应变检测、打桩固管等方式提高管线的抗洪能力。论文提出的研究方法和成果可为马惠宁穿越管道的洪灾防护和安全运营提供建议,也为洪水作用下的穿越管道的进一步研究提供参考和借鉴意义。
[Abstract]:The oil and gas pipeline network in China travels across a wide range of areas, inevitably across hydrological areas such as rivers and lakes. If the pipeline is subjected to flood disaster, it may lead to the pipeline being exposed to suspension and then broken. This paper takes the Ma-Huining pipeline with frequent flood disasters as the research object. The stress analysis of pipeline crossing under the action of flood is studied. Firstly, through the hydrological conditions along Ma-Huining crossing pipeline, the causes and grades of flood are analyzed. Then a simplified mechanical model is established based on the elastic foundation beam theory of Winkler's hypothesis. The Morison equation is used to calculate the flood force on the pipeline, the mechanical analysis is carried out by using the analytical method and the failure judgment is made on the basis of the strain criterion. In order to further study the stress characteristics of the pipeline under flood action, the finite element software ABAQUS is used to simulate and simulate the stress and strain distribution of the pipeline by static analysis. The concentration area of stress and strain is determined, the limit suspended length and the limit flood velocity are obtained, and the relationship between them is discussed. The influencing factors of stress are analyzed, including flood sediment content, pipeline internal pressure, pipe wall thickness, etc. The influence degree of each parameter is determined. Then the dynamic analysis of pipeline is carried out, and the natural vibration frequency of pipeline with different suspended length is obtained by modal analysis. This paper determines whether vortex-induced vibration occurs and obtains the dangerous length of resonance. Furthermore, considering the time series variation of flood discharge, the typical fast dissipating and rapidly rising flood is selected, and the time history of pipeline is analyzed based on implicit dynamic analysis. The results of dynamic analysis and static analysis are compared. Finally, based on the above conclusions, the stress reduction measures are put forward for Ma-Huining pipeline, including hydraulic protection, casing reinforcement, strain detection, etc. The research methods and results presented in this paper can provide suggestions for flood protection and safe operation of Ma-Huining pipeline. It also provides a reference for the further research of crossing pipeline under the action of flood.
【学位授予单位】:西南石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TE973.4

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本文编号:1644410


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