管道是天然气运输的核心基础设施,且天然气具有易燃、易爆的固有属性,输气管道一旦受到损伤,不仅会造成管道设备的物料损失,如果由此导致天然气泄漏还可能引发严重的火灾、爆炸事故。确保管道不受第三方破坏,维护其本体的安全性,已经成为确保天然气平稳运输的关键环节。在我国,由埋地管道周边挖掘施工导致的管道破损已经成为危害管道运输安全的主要危险因素。本文分别采用ANSYS Mechanical(APDL)和ANSYS AUTODYN有限元分析软件,对挖掘机压载、挖掘荷载损伤埋地输气管道进行三维建模,对损伤过程进行仿真并分析其动力响应情况。研究内容及取得的成果如下:(1)根据埋地输气管道的受力情况,将外界荷载分为的碾压荷载和挖掘荷载,同时分析管道的力学特征与失效条件,作为管道受力损伤有限元仿真的研究基础。(2)建立碾压荷载作用下与挖掘荷载作用下的输气管道有限元模型并进行模拟。结果表明,碾压荷载导致的管道损伤较小,挖掘荷载导致的管道损伤较大。同时鉴于复杂的挖掘作业工况,对不同挖掘角度、方向等因素下的管道损伤进行综合分析。(3)以相关规范为参考,选择挖掘荷载大小、管道壁厚、管道接触斗齿数、输气压力与覆土厚度作为动态参数进行管道损伤模拟。结果表明,挖掘荷载大小对管道损伤的影响最大,输气压力的影响最小。(4)通过对不同动态参数下输气管道损伤仿真结果的分析,基于相关规范选取评价指标,并利用层次分析法构建挖掘施工环境下埋地管道的易损性评估模型,推导出易损性估计值的计算公式,通过实例进行验证,使其能够应用于管道风险评价中。(5)通过对输气管道损伤后果的分析,基于有限元仿真技术,并结合易损性评估模型,确定挖掘施工环境下输气管道的临界安全壁厚,提高管道本体的鲁棒性。运用本文建立的有限元仿真模型与易损性评估模型,结合挖掘作业实际工况进行运算分析,经验证所得结果符合实际情况。因此本文的研究成果为提高输气管道的本质安全性提出了解决的思路和技术解决方案,具有一定的实际意义。