PSI与改进Riks法耦合的管线水平向整体屈曲模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种PSI与改进Riks法耦合的管线水平向整体屈曲模拟方法，采用管‑土相互作用单元(PSI)建立三向非线性管‑土模型，模拟在海底管线水平向整体屈曲过程中土体对管线的动态约束力，在管线模型中引入光滑的初始缺陷，与改进Riks法相耦合开展具有初始缺陷海底管线的水平向整体屈曲的数值模拟分析。本发明专利技术的有益效果：能够同时考虑管线整体屈曲中的非线性管‑土作用与动态跳转现象，使得计算结果更能反映真实情况。

Simulation method for horizontal horizontal buckling of pipelines coupled with PSI and improved Riks method

The invention discloses a PSI and improved Riks method coupled with pipeline level simulation method to overall buckling, the pipe soil interaction element (PSI) to establish three tube nonlinear soil model, simulation of dynamic soil pipeline binding to the overall buckling process in submarine pipeline, introducing initial imperfections smooth in the pipeline model, carried out with initial defects of submarine pipeline horizontal numerical simulation analysis of the overall buckling coupled with improved Riks method. The invention has the advantages that the pipeline can also consider the nonlinear overall buckling in tube soil interaction and dynamic jump phenomenon, so the calculation results can reflect the real situation.

【技术实现步骤摘要】
PSI与改进Riks法耦合的管线水平向整体屈曲模拟方法
本专利技术涉及海洋工程
，特别是涉及PSI与改进Riks法相结合的海底管线水平向整体屈曲模拟方法。
技术介绍
海底管线担负运输海洋石油的重要任务。在海底管线输送石油和天然气的过程中，需要施加高温高压，同时又受到地基土体的约束作用，无法自由变形释放应力，因此在管线中产生附加应力，附加应力在管线中不断累积，当超过地基土体对管线的约束力时，管线就会发生类似于压杆稳定问题的屈曲变形而使内部应力得到释放，从而导致管线整体屈曲。管线通常由于制造的原因或铺设在不平坦的海床上而产生初始变形，即初始缺陷。对于不埋或半埋的海底管线，水平向整体屈曲是其变形的主要形式。管-土相互作用是影响管线整体屈曲的重要因素。在管线水平向整体屈曲的过程中，地基土体对管线的约束力动态变化，影响管线的运动轨迹，同时土体对管线的约束力决定了管线的变形形态及变形后的应力状态。作为一种粒状结构，管土间的相互作用机理远比库伦摩擦模型复杂，土体性质、荷载施加方式、管线自重与初始埋深等在内的众多因素都影响着土体对管线的约束力，因此管-土间相互作用是一个复杂的非线性问题。ABA本文档来自技高网...

【技术保护点】
PSI与改进Riks法耦合的管线水平向整体屈曲模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：阶段一：根据海底管线的几何和物理力学参数和管‑土模型参数编写有限元软件ABAQUS的INP文件，计算管线特征屈曲模态：(1)在INP文件中，根据管线的几何和物理力学参数建立海底管线的三维模型，划分网格，并赋予管线材料属性；(2)建立PSI管‑土作用单元，PSI单元一侧与管线单元共用节点，PSI单元另一侧的节点代表远场表面，ABAQUS通过定义单元连接属性把PSI单元远场一侧和管线单元共享节点的一侧联系在一起；(3)根据管‑土作用模型参数，用下面的命令来定义在轴向、竖直向和水平向三个方向上的PSI单元非线性的各向异...

【技术特征摘要】
1.PSI与改进Riks法耦合的管线水平向整体屈曲模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：阶段一：根据海底管线的几何和物理力学参数和管-土模型参数编写有限元软件ABAQUS的INP文件，计算管线特征屈曲模态：(1)在INP文件中，根据管线的几何和物理力学参数建立海底管线的三维模型，划分网格，并赋予管线材料属性；(2)建立PSI管-土作用单元，PSI单元一侧与管线单元共用节点，PSI单元另一侧的节点代表远场表面，ABAQUS通过定义单元连接属性把PSI单元远场一侧和管线单元共享节点的一侧联系在一起；(3)根据管-土作用模型参数，用下面的命令来定义在轴向、竖直向和水平向三个方向上的PSI单元非线性的各向异性本构模型：*PIPE-SOILSTIFFNESS，TYPE＝NONLINEAR，DIRECTION＝direction其中，direction参数分别为轴线方向、竖向方向、水平方向，多次重复此命令的DIRECTION参数来定义每个方向上的本构模型行为特性，对于每个方向上的非线性本构模型，需提供按升序排列的相对位移数据，并通过定义原点处的数据来把正的数据和负的数据分开；(4)设置边界条件，运用buckle分析法对管线进行特征屈曲模态分析，得到管线最可能产生的几何缺陷形态；(5)在*Restart语句后面添加*Nodefile语句，将节点位移计算结果输出到文件名.fil文件；阶段二：根据海底管线的几何和物理力学参数和管-土模型参数编写有限元软件ABAQUS的INP文件，引入阶段一模拟得出的管线的初始缺陷，重新建立...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘润，王秀妍，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12