基于ABAQUS的海洋立管强度分析.pdf

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1、第42卷第5期研究与开发化工设计通讯2016年5月ResearchandDevelopmentChemicalEngineeringDesignCommunications基于ABAQUS的海洋立管强度分析王友义（东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆163318）摘　要：立管强度校核一般要求进行组合应力校核与椭圆度校核，由于立管受力的复杂性，目前尚没有计算立管应力、变形的通用公式，基于有限元分析软件abaqus/aqua模块，编制环境载荷的INP文件，分析了环境载荷对立管应力变形的影响，为工程实际中海洋立管强度校核提供了理论基础。

2、关键词：海洋立管；有限元；ABAQUS中图分类号：P756.2文献标志码：A文章编号：1003–6490（2016）05–0148–02IntensityAnalysisofRiserbasedonABAQUSWangYou-yiAbstract：Theintensitycheckofrisermustincludecombinedstressesandovality.Asthestressofriseriscomplex，thereisnocommonformulaforcalculatingthestressandstrain

3、ofriser.ThispaperwritestheinputfileoftheenvironmentloadbasedonABAQUS/aqua，theimpactofenvironmentloadonriserisanalyzed.Theresultprovidesatheoreticalbasisfortheintensitycheckofriser.Keywords：riser；finiteelementmethod；ABAQUS管道的应力可以分解为三个互相正交的应力——径向应0.04H/gt2[1]力、轴向应力、环向应力

4、。对于一般的管道环向应力最大，轴向应力其次，径向应力最小，因此强度设计一般基于屈瑞斯托克斯0.01斯卡准则，忽略了轴向应力对管道屈服的影响而采用环向应力准则。海洋立管受到平台上端节点的拉力，下端海底土壤的支线性[2]撑力，海水的压力、冲击力、浮力，自身的重力，其受力情0.001）况复杂，轴向应力较大，屈瑞斯卡准则可能不适用立管屈服的评估，因此需要进行组合应力强度校核。椭圆余弦（一阶由于立管受力的复杂性，目前尚没有计算立管应力的通0.00001用公式，本文基于有限元分析软件abaqus/aqua模块，编制环境载荷的INP文件，分析了

5、环境载荷对立管应力变形的影响，d/gt20.000030.00030.0010.010.10.4为工程实际中海洋立管强度校核提供了理论基础。图1波浪模型图按照DNVOSF201（2001）中的要求，应分别对立管的安装状态及生产状态进行校核；组合应力强度应满足[3]：（6）（1）1.2立管长度与模型单元立管长度按悬链线理论计算：式中：Cf—设计因子，取1.2；σa—允许组合应力，σpr—径向应力；σpθ—环向应力；σpz—轴向应力。（7）立管椭圆度校核应满足：（8）（2）式中：y—立管顶端距海底的垂直距离；x—立管的水平长（3）度；

6、a—悬链线参数；l—立管长度。给定参数x、y即可求得立管长度。式中：v—泊松比，R—管道平均半径，δ—壁厚。立管单元采用剖面为环形的二次梁单元。管道外径为2001有限元模型mm，壁厚10mm。海底简化为刚性平面。1.1环境载荷2分析步骤按照中国船级社《海上移动平台入级与建造规范》的规定立管服役过程中应避免不可恢复的塑性变形，因此有限波浪理论模型按图1选择；本文算例中的海域：，元分析为弹性分析，模型还考虑了立管大变形引起的几何非[4]，其波浪模型为斯托克斯模型。线性和管土间的接触非线性。立管单位长度上的波浪力和海流力基于莫里森公式计

7、算。在abaqus中，分成4个分析步骤模拟立管结构：波浪力：（4）1）设置管道海底土壤的接触模型，管道与海底的摩擦系数设为0.3。式中：F为垂直于构件轴线单位长度上的拖拽力，CD为2）将A点设为铰结，并加载立管的湿重。拖拽力系数，CM为质量系数，分别取1.2，2.0。ρw为海水密度，3）加载B点的位移约束，使B点向平台移动。D为立管外径，u为波浪速度矢量。4）将B点固定在平台上，并加载海流、海浪载荷。海流力：（5）另外为防止计算过程的不收敛，将立管y方向位移、YZ、XY平面内的转动均约束为0。有限元模型如图2所示。式中，uc为海流

8、流速。3结论在海水面处的立管部分，海流力与波浪力速度叠加后计[5]1）从图3、图4可以看出，在加载海流、海浪载荷后，算：立管的最大轴向应力值并没有太大的变化，但立管结构发生了改变，而最初立管的失重主要由力管顶部的张力提供，而收稿日期：2016–05