落锚撞击海底管道响应研究及撞击识别

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海洋所蕴藏的油、天然气等宝贵资源主要通过海底管道这一“大动脉”运输至海上工程开采船、平台以及陆上。由于环境影响或是人为因素,在管道铺设以及在位运营期间都有可能受到撞击形成损伤甚至泄露。修复或替换受损管道需要消耗大量的材料、金钱、人力等资源,此外,管道运输介质的泄露可能会给海洋环境带来难以修复的恶劣影响。预防的成本远小于补救,对于不同条件下管道受撞击的响应及损伤的研究为前期管道设计、防护措施提供理论支持;此外,对于管道损伤程度的分析及撞击识别方法的探究为工程中及时准确地发现管道受撞击损伤、判断损伤程度,采取合理补救措施提供参考。对落锚撞击作用下管道的响应分析及撞击识别的研究具有重要的理论和实际意义。在理论学习及工程实际调研的基础上,本文首先应用ABAQUS建立并验证了考虑落物、管道、不同土体的海底管道落锚碰撞有限元模型。其次开展落锚撞击海底管道的参数分析,分析了落锚撞击能量、管道截面尺寸、轴向力、内外压差等单因素参数以及环境外压、设计径厚比、接触形式、撞击能量等多因素组合条件对撞击管道响应结果的影响。关注的响应结果主要包括管道撞击能量稳定时的凹陷特征值、名义应力以及应变的特征值。在此之后,本文介绍了一种原理及操作简单、可行性高的撞击识别方法,主要基于信号能量原理并结合结构应力衰减曲线对撞击位置及撞击点应力幅值进行识别。经过有限元数值模拟证明了通过合理的数据提取点布放,使用该方法可较准确地定位海底管道受撞击损伤的位置。研究结果为海底管道的监测以及撞击识别提供了一种思路,也为工程实际监测数据提取点的布放提供了理论支持。
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