Mechanics of offshore pipelines in several operating states and analyzing software

Offshore pipelines are indispensable structures during the marine petroleum exploitation. There are manifold operation states having to do with pipelines such as in situ operation, span, trenching, pipelaying, lifting of pipe/riser, etc. The behavior of pipelines in one state differs greatly from the others. In addition, the structure configuration, the sea severity, and the seabed soil conditions are complex. Therefore, strength analysis of offshore pipelines becomes a rather difficult and onerous task. Presently, there is a lot of technological difficulty in the course of analysis, among which are not only theoretical problems such as geometric non-linearity and moveable boundary, but also practical problems. To tackle the problems, analytical methods, numerical methods such as FEM and shooting method are adopted respectively and jointly. Based on the theoretical research, integrated software named 'Offshore Pipelines Strength Analysis' is developed. This software can carry through strength analysis of pipelines in different operating state, being up to the requirement of engineers. The theoretical background and interface of the software are presented

压力容器和管道随机局部减薄的有限元分析

按照压力容器和管道随机局部减薄后的厚度分布的随机性和各个部位的弹性模量的随机性,将有限元模型中的单元厚度和材料弹性模量处理成指定的随机分布,来模拟实际结构中的厚度和弹性模量的随机性。利用通用有限元软件对建立的受内压作用局部随机减薄的压力容器和管道的有限元模型的求解,获得了该随机模型的Mises应力分布特征。通过对弹性模量,减薄程度等随机量关于应力分布的敏感性分析,为该类结构的可靠性评估提供了力学依据。本文方法适用于许多结构随机性的模拟,也对确定性评定方法的一个补充和完善

STATIC BENDING AND FREE VIBRATION ANALYSIS OF SPANNING PIPELINE WITH AXIAL FORCE ON RIGID SOIL

针对翘起情况的裸露悬跨管道，建立考虑轴向力影响的刚性土壤支承的悬跨管道模型。利用小挠度梁理论，推导出脱离土壤的翘起段和悬跨段管道在自重作用下的变形和内力公式。以静弯曲挠度为振型函数，用能量法给出第1阶固有频率。对简支梁、固支梁和文本模型在含有轴向力情况下的静变形和第1阶振动频率进行了对比研究。研究表明：该文模型与考虑土壤变形的裸露悬跨管道的变形偏差不大，内力偏差很小。与现有规范推荐的简支梁和固支梁模型相比，该文模型更能反映裸露悬跨管道的实际情况。该文提供的介于简支梁和固支梁中间的新模型可简化裸露悬跨管道的内力和固有频率计算，弥补了现有推荐做法的不足

VIBRATION ANALYSIS OF SPANNING PIPELINE BURIED IN LINEAR ELASTIC SOIL WITH AXIAL FORCE

利用细长梁的小挠度理论,建屯了两端埋设在线弹性土壤中的含轴向力的悬跨管道自由振动方程.基于埋设段的刚度约束特性,建立了悬跨段管道的边界条件.解析求解得到了悬跨段管道频率方程,数值求解了不同土壤刚度和轴向力条件下悬跨段管道的固有频率.研究表明:悬跨段管道振动特性取决于轴向力系数和土壤刚度系数,工程上推荐使用的简支梁和两端固支梁模型只在几个特殊参数点上适用,建议采用该方法进行悬跨管道振动分析

Static analysis of unburied spanning submarine pipeline on linear elastic seabed

针对裸露悬跨海底管道,考虑线弹性海床刚度,利用梁的小挠度理论,研究管道在自重作用下的变形和内力,推导给出了未脱离海床的管道段和悬跨管道段的变形和内力公式。在跨度较大的悬跨情况下,悬跨管道段较大的向下弯曲变形可能引起海床上管道脱离海床而翘起。建立管道翘起的判定准则,对于翘起情况推导相应的计算公式,通过算例给出翘起情况下管道的变形和内力。通过计算分析发现：工程上多数悬跨是翘起情况,没有翘起的计算公式只适应于跨度较小的悬跨管道。同时翘起情况下不同海床刚度对悬跨管道无量纲内力影响不大

Bending and vibration characteristics of spanning pipe buried in linear elastic soil

利用细长梁小挠度理论,研究给出了两端埋设在线弹性土壤中的悬跨段管道和埋设段管道在自重作用下的变形和内力公式.基于静挠度公式,用能量法给出了第一阶弯曲振动的固有频率公式.讨论了不同土壤刚度条件下悬跨段管道的变形和内力特征,以及第一阶弯曲振动固有频率,并和工程上推荐使用的简支梁和两端固支梁的静动态特性进行比较.研究表明在跨度大、土壤刚度大、管道弯曲刚度较小时无量纲土壤刚度系数较大,埋设段管道对悬跨段管道的刚度约束比较大,悬跨段管道可以近似按两端固支梁模型来模拟;反之,只有在土壤刚度系数较小的几个参数点上,悬跨管道的静动力特性等价于简支梁模型

BUCKLING ANALYSIS OF SPANNING PIPE BURIED IN LINEAR ELASTIC SOIL

建立了两端埋设在线弹性土壤中的悬跨管道的屈曲方程。利用细长梁小挠度理论，建立了含有轴向压力的悬跨段和埋设段管道的弯曲控制方程。基于埋设段管道的刚度和变形特性，建立了符合悬跨段管道实际情况的边界条件。导出了悬跨段管道对称屈曲和反对称屈曲的屈曲载荷方程，通过数值求解给出了不同土壤刚度系数条件下悬跨段管道屈曲载荷。研究表明：悬跨段管道的届曲载荷系数依赖于土壤刚度系数，简支梁模型只在特定的土壤刚度系数下适用于悬跨管道；在土壤刚度系数很大时，两端固支梁模型才能反映悬跨管道的屈曲特性。建议采用该方法进行埋设悬跨管道的屈曲分析

刚性土壤上含有轴向力的悬跨管道的静弯曲和固有频率

针对翘起情况的裸露悬跨管道,建立考虑轴向力影响的刚性土壤支承的悬跨管道模型。利用小挠度梁理论,推导出脱离土壤的翘起段和悬跨段管道在自重作用下的变形和内力公式。以静弯曲挠度为振型函数,用能量法给出第1阶固有频率。对简支梁、固支梁和文本模型在含有轴向力情况下的静变形和第1阶振动频率进行了对比研究。研究表明：该文模型与考虑土壤变形的裸露悬跨管道的变形偏差不大,内力偏差很小。与现有规范推荐的简支梁和固支梁模型相比,该文模型更能反映裸露悬跨管道的实际情况。该文提供的介于简支梁和固支梁中间的新模型可简化裸露悬跨管道的内力和固有频率计算,弥补了现有推荐做法的不足