[發明專利]PSI與改進Riks法耦合的管線水平向整體屈曲模擬方法

在審

• 申請號: 201710353273.8
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107291982A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 劉潤;王秀妍
• 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: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙)12214
• 代理人: 王秀奎

1.PSI與改進Riks法耦合的管線水平向整體屈曲模擬方法，其特征在于：包括以下步驟：

階段一：根據海底管線的幾何和物理力學參數和管-土模型參數編寫有限元軟件ABAQUS的INP文件，計算管線特征屈曲模態：

(1)在INP文件中，根據管線的幾何和物理力學參數建立海底管線的三維模型，劃分網格，并賦予管線材料屬性；

(2)建立PSI管-土作用單元，PSI單元一側與管線單元共用節點，PSI單元另一側的節點代表遠場表面，ABAQUS通過定義單元連接屬性把PSI單元遠場一側和管線單元共享節點的一側聯系在一起；

(3)根據管-土作用模型參數，用下面的命令來定義在軸向、豎直向和水平向三個方向上的PSI單元非線性的各向異性本構模型：

*PIPE-SOIL STIFFNESS，TYPE＝NONLINEAR，DIRECTION＝direction

其中，direction參數分別為軸線方向、豎向方向、水平方向，多次重復此命令的DIRECTION參數來定義每個方向上的本構模型行為特性，

對于每個方向上的非線性本構模型，需提供按升序排列的相對位移數據，并通過定義原點處的數據來把正的數據和負的數據分開；

(4)設置邊界條件，運用buckle分析法對管線進行特征屈曲模態分析，得到管線最可能產生的幾何缺陷形態；

(5)在*Restart語句后面添加*Nodefile語句，將節點位移計算結果輸出到文件名.fil文件；

階段二：根據海底管線的幾何和物理力學參數和管-土模型參數編寫有限元軟件ABAQUS的INP文件，引入階段一模擬得出的管線的初始缺陷，重新建立用于管線屈曲分析的模型，采用改進Riks法分析管線的水平向整體屈曲過程，包括如下步驟：

(1)在INP文件中，根據管線的幾何和物理力學參數建立海底管線的三維模型，劃分網格，并賦予管線材料屬性；

(2)建立PSI管-土作用單元，PSI單元一側與管線單元共用節點，PSI單元另一側的節點代表遠場表面，ABAQUS通過定義單元連接屬性把PSI單元遠場一側和管線單元共享節點的一側聯系在一起；

(3)根據管-土作用模型參數，用下面的命令來定義在軸向、豎直向和水平向三個方向上的PSI單元非線性的各向異性本構模型：

*PIPE-SOIL STIFFNESS，TYPE＝NONLINEAR，DIRECTION＝direction

其中，direction參數分別為軸線方向、豎向方向、水平方向，多次重復此命令的DIRECTION參數來定義每個方向上的本構模型行為特性，

對于每個方向上的非線性本構模型，需提供按升序排列的相對位移數據，并通過定義原點處的數據來把正的數據和負的數據分開；

(4)根據階段一中步驟(5)輸出的.fil文件計算結果，再引入模態的階數，利用*Imperfection語句在管線的中心處引入初始幾何缺陷，語句如下：

*Imperfection，file＝(.fil文件名)，step＝(buckle分析步名)

1，μ₁

2，μ₂

3，μ₃

……

n，μ_n

其中n是引入模態的階數，μ_n是引入模態階數對應的比例因子；

(5)將管線內壓轉換為溫差，對管線施加溫度荷載，模擬高溫高壓作用過程，設置邊界條件，采用改進Riks法模擬管線的水平向整體屈曲過程。