基于非线性有限元和响应面方法的海底管道受坠物撞击损伤的风险分析

摘要：

海底管道受撞击过程涉及非线性及管土耦合(海床柔性,埋深)作用,传统的风险分析方法难以考虑上述因素,无法有效指导工程设计.针对上述问题,同时考虑到相关变量的随机性,提出了海底管道受坠物撞击损伤的可靠度分析模型.基于Python二次开发技术将非线性有限元分析方法与响应面法耦合,构建结构的极限状态曲面并求解相应的失效概率.将有限元分析结果及失效概率估计值分别与物理模型试验值和Monte Carlo法的估计值进行对比,验证了模型的合理性.结合工程实例,分析海床柔性、埋深对管道失效概率的影响,并对相关随机变量的敏感性进行分析.结果表明:该模型可以考虑复杂非线性因素,更加精确地估计失效概率;考虑海床柔性时,管道的失效概率可降低至不考虑该因素时的千分之一;为降低坠物损伤风险,应结合工程海域的冲击能量确定管道的合理埋深;作为随机变量的管道钢材料屈服强度、壁厚、管径,三者的变异性对失效概率的影响依次降低.研究结果对管道的风险评估及安全埋深设计具有指导意义.

关键词：冲击荷载、海底管道、非线性有限元、可靠度、管-土耦合作用

所属期刊栏目：40

分类号：TE973.92(石油机械设备与自动化)

资助基金：国家重点研发计划2016YFC0802301

在线出版日期：2021-06-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：209-217