基于向量有限元的深水管道屈曲行为分析

作者：李振眠; 余杨^*; 余建星; 赵宇; 张晓铭; 赵明仁

来源：工程力学, 2021, 38(04): 247-256.

• 管道结构
• 屈曲行为
• 向量式有限元
• 空间壳单元
• 压力舱试验

局部屈曲破坏是深水管道运行的最大安全问题之一。采用创新性的向量式有限元方法 (VFIFE)分析深水管道结构屈曲行为,推导考虑材料非线性的VFIFE空间壳单元计算公式,编制Fortran计算程序和MATLAB后处理程序,开展外压下深水管道压溃压力和屈曲传播压力计算、压溃和屈曲传播过程模拟。开展全尺寸深水管道压溃试验,进行深水管道压溃压力和压溃形貌分析,对比验证了VFIFE、试验、传统有限元方法(FEM)得到的结果。结果表明:VFIFE能够直接求解管道压溃压力和屈曲传播压力,模拟管道屈曲和屈曲传播行为,计算结果符合实际情况,与压溃试验、传统有限元方法符合较好,并具有不需特殊计算处理、全程行为跟踪等优势,可以为深水管道结构屈曲行为分析提供一套新的、通用的分析策略。

• 单位
  天津大学; 水利工程仿真与安全国家重点实验室