[发明专利]一种基于板壳理论的深海管道屈曲传播压力的计算方法

说明书

本发明公开了一种基于板壳理论的深海管道屈曲传播压力的计算方法，具体步骤为：测量深海管道的半径R，和壁厚t；测量深海管道材料的拉伸应力‑应变关系，并用线性硬化弹塑性本构关系拟合得到屈服强度σ_s和线性硬化模量E₁；计算屈服影响系数m_y、应变硬化系数m_h和薄膜拉伸因子n；通过屈曲传播压力计算公式计算深海管道屈曲传播压力。本发明基于板壳理论，考虑壳体结构的薄膜拉伸效应在屈曲传播过程中的影响，整体地分析深海管道屈曲传播现象，提出更精确、更合理的屈曲传播压力计算方法。

技术领域

本发明涉及深海管道结构失效预测技术领域，具体涉及一种基于板壳理论的深海管道屈曲传播压力的计算方法。

背景技术

深海管道承受着巨大的静水压力，在深海复杂环境的各种诱因下容易发生局部屈曲现象，而一旦局部屈曲现象出现，在满足一定的压力条件下，就会沿着管道一直传播下去，而这个压力值称为屈曲传播压力。由于屈曲传播压力值往往比局部屈曲发生的压力值更低，屈曲现象能沿着管道传播一段相当长的距离，对深海管道造成严重的破坏。

国内外对屈曲传播压力的理论计算方法往往将管道的屈曲传播现象分段考虑，将管道分割成多段的圆环，认为屈曲传播现象是各个圆环屈曲过程的结合。虽然有一定的合理性，但圆环分割理论割裂了结构整体性，对深海管道屈曲传播压力的预测具有一定的误差。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于板壳理论的深海管道屈曲传播压力的计算方法，该计算方法基于板壳理论，考虑壳体结构的薄膜拉伸影响，整体地分析深海管道屈曲传播现象。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于板壳理论的深海管道屈曲传播压力的计算方法，所述的屈曲传播压力的理论计算方法包括下列步骤：

S1、测量深海管道的几何参数，包括：深海管道的半径R、管道壁厚t；

S2、利用线性硬化弹塑性本构模型对管道材料的应力-应变曲线进行拟合，得到管道材料参数，包括：弹性模量E、泊松比μ、屈服极限σ_s、线性硬化模量E₁；

S3、计算该深海管道对应的屈服影响系数m_y、应变硬化系数m_h和薄膜拉伸因子n：

其中，λ用于表示数学计算表达式，薄膜拉伸因子n需要耦合迭代求解，计算方法如下：

基于板壳理论的深海管道后屈曲平衡路径用式(2)-(4)表达

其中是管道屈曲传播无量纲特征参数，L是管道屈曲传递区的长度，所述的屈曲传递区是指当管道屈曲发展到内壁接触时从该接触点到管道未变形位置的长度，表示管道的弯曲变形位移量，表示管道的后屈曲过程中的深菱形波形位移量，和是无量纲待定系数，是无量纲外压，从式(3)得出通过表达，将其代入式(2)得到表达的表达式，再将式(2)代入式(4)求解薄膜影响因子n，对于式(4)，给定管道的厚径比仍存在未知数θ和则若给定θ的值，必定解出值；由于在物理意义上表征管道的弯曲变形位移量，根据圆柱壳体的几何特征和后屈曲过程的变形特点，最大值为0.6，此时管道被外压压溃成狗骨形，管道内壁刚好接触，后屈曲过程完成，屈曲传播开始；因此，当值达到0.6附近时，可以认为此时的n值即为该管道的特征薄膜拉伸因子；薄膜拉伸因子n具体取值见附图4；

S4、计算该深海管道的屈曲传播压力值p_p：