[发明专利]基于模态引入初始缺陷的海底管线三维静态数值模拟方法

权利要求书

1.一种基于模态引入初始缺陷的海底管线三维静态数值模拟方法，其特征在于，包括如下阶段：

1）根据管线的几何参数应用有限元软件ABAQUS，计算管线特征屈曲模态；

2）根据管线的几何参数应用有限元软件ABAQUS，重新建立用于静态屈曲分析的模型，并引入管线的初始缺陷；

3）隐式静力法分析管线的静态整体屈曲过程，包括如下步骤：

（1）在ABAQUS软件的INTERACTION模块中建立管线与海底土体表面的接触关系；

（2）在ABAQUS软件的LOAD模块中施加温度荷载与内压荷载；

（3）采用隐式静力分析步Riks模拟管线的静态屈曲整体过程。

2.根据权利要求1所述的基于模态引入初始缺陷的海底管线三维静态数值模拟方法，其特征在于，阶段1）所述的计算管线特征屈曲模态，包括如下步骤：

（1）根据管线的几何参数应用有限元软件ABAQUS的PART模块建立海底管线的三维实体单元模型；

（2）根据管线的物理力学参数应用有限元软件ABAQUS的MATERIAL模块赋予管线的材料属性；

（3）应用有限元软件ABAQUS的MESH模块划分步骤（1）得到的三维实体单元模型的网格；

（4）应用有限元软件ABAQUS的LOAD模块建立步骤（1）得到的三维实体单元模型的边界条件；

（5）应用有限元软件ABAQUS的LOAD模块对步骤（1）得到的三维实体单元模型施加温度荷载；

（6）设置有限元软件ABAQUS的STEP模块中的分析步类型为Buckle，通过Buckle计算管线1～20阶特征屈曲模态；

（7）在有限元软件ABAQUS的关键词编辑器中*Restart语句后面添加*Nodefile语句，计算完成后，检查输出文件是否有管线模型的输出结果文件名.Fil文件。

3.根据权利要求1所述的基于模态引入初始缺陷的海底管线三维静态数值模拟方法，其特征在于，阶段2）包括如下步骤：

（1）应用有限元软件ABAQUS的PART模块，根据管线的几何参数建立海底管线的三维实体单元模型，根据海底土体的几何参数建立海底土体的三维实体单元模型；

（2）应用有限元软件ABAQUS的MATERIAL模块，根据管线的物理力学参数赋予管线的材料属性，根据海底土体的物理力学参数赋予海底土体的材料属性；

（3）应用有限元软件ABAQUS的MESH模块划分步骤（1）得到的海底管线的三维实体单元模型和海底土体的三维实体单元模型的网格，新建的海底管线的三维实体单元模型网格必须与阶段1）中的三维实体单元模型的网格完全一致；

（4）应用有限元软件ABAQUS的LOAD模块建立步骤（1）得到的海底管线的三维实体单元模型和海底土体的三维实体单元模型的边界条件；

（5）在有限元软件ABAQUS的关键词编辑器中*Step语句中添加*Imperfection语句。

4.根据权利要求3所述的基于模态引入初始缺陷的海底管线三维静态数值模拟方法，其特征在于，所述的在有限元软件ABAQUS的关键词编辑器中*Step语句中添加*Imperfection语句的格式如下：

*Imperfection，file=（Fil文件名），step=（Buckle分析步名）

1，μ₁

2，μ₂

3，μ₃

……

n，μ_n

其中n是引入模态的阶数，μ_n是引入模态阶数对应的比例因子，μ_n的取值在0～1之间，n的取值建议在1～10之内。

5.根据权利要求1所述的基于模态引入初始缺陷的海底管线三维静态数值模拟方法，其特征在于，阶段3）所述的在ABAQUS软件的INTERACTION模块中建立管线与海底土体表面的接触关系包括：法向接触行为选择硬接触，切向接触行为选择罚函数，输入管线与海底土体的摩擦系数为0.1～0.6。

6.根据权利要求1所述的基于模态引入初始缺陷的海底管线三维静态数值模拟方法，其特征在于，阶段3）所述的温度荷载选择50℃～200℃。