【摘 要】
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塔克拉玛干沙漠油气资源丰富,其中的气储量资源占全国五分之一以上,随着"西气东输"工程实施,大大加快新疆地区以及中西部沿线地区的经济发展,相应增加财政收入和就业机会,带来巨大的经济效益和社会效益。但是塔克拉玛干沙漠气候环境恶劣,地层复杂,而且由于常年风沙天气和沙尘暴的影响,天然气管道在运行过程中,出现风蚀沙埋、移位等情形,直接威胁长输管道的安全运行。本文针对沙漠输气管线受力安全问题,以塔克拉玛干腹地
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塔克拉玛干沙漠油气资源丰富,其中的气储量资源占全国五分之一以上,随着"西气东输"工程实施,大大加快新疆地区以及中西部沿线地区的经济发展,相应增加财政收入和就业机会,带来巨大的经济效益和社会效益。但是塔克拉玛干沙漠气候环境恶劣,地层复杂,而且由于常年风沙天气和沙尘暴的影响,天然气管道在运行过程中,出现风蚀沙埋、移位等情形,直接威胁长输管道的安全运行。本文针对沙漠输气管线受力安全问题,以塔克拉玛干腹地塔中某段输气管线为分析对象,运用有限元分析方法,重点考察了风蚀力作用下管线的受力状况,利用理论分析和数值模拟相结合的研究方法,建立了管-沙土相互作用有限元模型,揭示管线的应力情况。具体进行了以下的研究:(1)对管道受各种自然灾害和工程因素下的破坏进行了受力分析,通过基础理论和计算公式,对不同受力下管道的应力进行具体分析,对埋地管道采取Von Mises屈服准则,对风蚀沙埋管道采用基于应变的失效判断准则来判断各自的安全状态,保证管线在受力下的应力及应变都在允许的范围。(2)分析沙漠埋地天然气管道在不同沙土物性特征、内压、温度以及内压和温度共同作用下的受力状况。结果表明:沙土压缩模量越大,管道在土体中越安全。输气压力的升高使得管道的等效应力随之增大。输气温度上升时,管道的最大等效应力随之增大;内压和温度共同作用下,管道的最大等效应力明显增大并且出现在截面端的管内壁位置。(3)分析风蚀沙埋管线在内压、温度和不同输沙压力下的受力情况。在风蚀力影响下,管道表面的输沙压力会发生变化。结果表明:管道的等效应力随输沙压力的增大而增大;考虑内压时,管道XOZ平面的等效应力随输沙压力的增大呈现出先增大后减小的趋势;内压和温度共同作用时,管道的等效应力随输沙压力的增大一直增大,X轴方向的最大应力出现在管壁外表面,Y轴方向的最大应力出现在管壁内表面。(4)管顶管底位移值随输沙压力的增大而增大,管道的应变随输沙压力的增大而增大,其中内压、温度和不同输沙压力综合作用下的管道应变最大。(5)分析风蚀局部悬空管道在内压、温度和风载下的受力情况。结果表明:考虑内压时,极限风载下的管道受力是安全的;内压力和温度共同作用时,管道的最大等效应力和应变为夏季大于冬季。
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