[發明專利]基于模態引入初始缺陷的海底管線二維靜態數值模擬方法

無效

• 申請號: 201310718679.3
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN103714206A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 劉潤;郭紹曾;熊昊
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

1.一種基于模態引入初始缺陷的海底管線二維靜態數值模擬方法，其特征在于，包括如下階段：

1）根據管線的幾何參數應用有限元軟件ABAQUS，計算管線特征屈曲模態；

2）根據管線的幾何參數應用有限元軟件ABAQUS，重新建立用于靜態屈曲分析的模型，并引入管線的初始缺陷；

3）采用隱式靜力法分析管線的靜態整體屈曲過程，包括如下步驟：

（1）在ABAQUS軟件的INTERACTION模塊中建立管線與海底土體表面的接觸關系；

（2）在ABAQUS軟件的LOAD模塊中施加溫度荷載與內壓荷載；

（3）采用隱式靜力分析步Riks模擬管線的靜態屈曲整體過程。

2.根據權利要求1所述的基于模態引入初始缺陷的海底管線二維靜態數值模擬方法，其特征在于，階段1）所述的計算管線特征屈曲模態，包括如下步驟：

（1）根據管線的幾何參數應用有限元軟件ABAQUS的PART模塊建立海底管線的二維梁單元模型；

（2）根據管線的物理力學參數應用有限元軟件ABAQUS的MATERIAL模塊賦予管線的材料屬性；

（3）應用有限元軟件ABAQUS的MESH模塊劃分步驟（1）得到的二維梁單元模型的網格；

（4）應用有限元軟件ABAQUS的LOAD模塊建立步驟（1）得到的二維梁單元模型的邊界條件；

（5）應用有限元軟件ABAQUS的LOAD模塊對步驟（1）得到的二維梁單元模型施加溫度荷載；

（6）設置有限元軟件ABAQUS的STEP模塊中的分析步類型為Buckle，通過Buckle計算管線1～20階特征屈曲模態；

（7）在有限元軟件ABAQUS的關鍵詞編輯器中*Restart語句后面添加*Nodefile語句，計算完成后，檢查輸出文件是否有管線模型的輸出結果文件名.Fil文件。

3.根據權利要求1所述的基于模態引入初始缺陷的海底管線二維靜態數值模擬方法，其特征在于，階段2）包括如下步驟：

（1）應用有限元軟件ABAQUS的PART模塊，根據管線的幾何參數建立海底管線的二維梁單元模型，根據海底土體的幾何參數建立海底土體的二維平面應變單元模型；

（2）應用有限元軟件ABAQUS的MATERIAL模塊，根據管線的物理力學參數賦予管線的材料屬性，根據海底土體的物理力學參數賦予海底土體的材料屬性；

（3）應用有限元軟件ABAQUS的MESH模塊劃分步驟（1）得到的海底管線的二維梁單元模型和海底土體的二維平面應變單元模型的網格，新建的海底管線的二維梁單元模型網格必須與階段1）中的二維梁單元模型的網格完全一致；

（4）應用有限元軟件ABAQUS的LOAD模塊建立步驟（1）得到的海底管線的二維梁單元模型和海底土體的二維平面應變單元模型的邊界條件；

（5）在有限元軟件ABAQUS的關鍵詞編輯器中*Step語句中添加*Imperfection語句。

4.根據權利要求3所述的基于模態引入初始缺陷的海底管線二維靜態數值模擬方法，其特征在于，所述的在有限元軟件ABAQUS的關鍵詞編輯器中*Step語句中添加*Imperfection語句的格式如下：

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

1，μ1

2，μ2

3，μ3

……

n，μn

其中n是引入模態的階數，μn是引入模態階數對應的比例因子，μn的取值在0～1之間，n的取值建議在1～10之內。

5.根據權利要求1所述的基于模態引入初始缺陷的海底管線二維靜態數值模擬方法，其特征在于，階段3）所述的在ABAQUS軟件的INTERACTION模塊中建立管線與海底土體表面的接觸關系包括：法向接觸行為選擇硬接觸，切向接觸行為選擇罰函數，輸入管線與海底土體的摩擦系數為0.1～0.6。

6.根據權利要求1所述的基于模態引入初始缺陷的海底管線二維靜態數值模擬方法，其特征在于，階段3）所述的溫度荷載選擇50℃～200℃。

7.根據權利要求1所述的基于模態引入初始缺陷的海底管線二維靜態數值模擬方法，其特征在于，階段3）所述的內壓荷載選擇50MPa～100MPa。

8.根據權利要求1所述的基于模態引入初始缺陷的海底管線二維靜態數值模擬方法，其特征在于，階段3）所述的模擬管線的靜態屈曲整體過程具體是：設置有限元軟件ABAQUS的STEP模塊中的分析步類型為Riks，通過修正的Riks法計算模擬管線的靜態屈曲整體過程。