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轴向拉力与外压作用下管道的结构失效
| 论文题名： | 轴向拉力与外压作用下管道的结构失效 |
| 关键词： | 海底管道;轴向拉力;局部屈曲;结构失效;圆柱壳模型 |
| 摘要： | 海底管道在静水压力作用时可能会产生局部屈曲,直到壳体内表面上下两端接触,然后形成后屈曲模态,且在超过失稳压力值的静水压力作用下管道后屈曲模态就会沿着管道轴线传播,使管道压平崩溃,导致管道部分结构失效,从而会导致环境污染以及不可估计的经济损失。这个静水压力就是屈曲传播压力。管道发生局部屈曲形成后屈曲模态之时,管道分为三段:未屈曲段、屈曲传递段与屈曲段。 海底管道所处环境复杂,并非只受均衡外压作用,还存在拉力、压力、弯曲等组合作用。本文将考虑海底管道在轴向拉力与外静水压力作用下,运用非线性大挠度板壳稳定性理论,深入剖析研究海底管道局部屈曲失稳与屈曲传播的发生机制。本文视管道屈曲传播过程为管道后屈曲模态沿轴向向前匀速移动的稳定过程,管道局部后屈曲模态是屈曲传播的初始阶段。本文的主要研究内容如下: 首先是将海底管道简化为一长圆柱壳模型,根据卡门的扁壳非线性理论,建立基本假定,通过扁壳微元体静力平衡,建立管道的基本几何方程与物理方程。 其次分析在轴向拉力与外压作用下的管道屈曲。从设定合理的挠度函数,通过求解控制方程得出应力函数,应用最小势能原理获得管道的后屈曲平衡路径及屈曲传递区长度的计算式。通过数值分析获得轴向拉伸系数关于轴向拉力的变化曲线以及管道屈曲承载力与拉力之间的变化曲线.结果表明管道传递区长度随着拉力的增加而增长。 最后以弹性稳定性研究所获得的传递区的位移解为基础,对管道屈曲传播进行研究。考虑管材为线性硬化材料,得到传递区的应变分量,运用塑性全量理论,求得传递区内的弯曲应变能与薄膜应变能,以及含轴向拉力作用的外力功,通过能量平衡原理,求解得到管道的屈曲传播压力,进行参数分研究径厚比对应变强化系数 mh与屈服系数 my的影响;径厚比对屈曲传播压力的影响;以及轴向拉力对屈曲传播压力的影响。 |
| 作者： | 甘能 |
| 专业： | 固体力学 |
| 导师： | 薛江红 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 暨南大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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