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摘要
以往的海底管道落锚撞击防护数值模拟主要为单一保护层模型，这里则针对块石+混凝土排垫复合方案建立模型并开展防护性能研究。基于ABAQUS建立有限元数值模型，模拟了落锚、海底管道、海床土体、块石层和混凝土排垫组成的复杂系统相互作用，研究了管道壁厚、内压，落锚质量和撞击速度等因素对管道应变极值和管体凹陷变形的影响。与单纯块石层保护方案相比，采用的块石+混凝土排垫方案具有更优良的防护效果。研究结果表明：在撞击点处，管道的轴向应变和环向应变均达到最大值，且随着与撞击点距离的增加沿管道轴向逐渐减小；撞击结束后，管道上仍然残留一定的塑性应变。随着管道壁厚的增加，管道的最大应变和凹陷深度也随之减小；随着内压的增加，管道上最大拉伸应变变大，而最大压缩应变和凹陷深度减小。随着落锚速度或者质量的增加，管道上最大应变和凹痕深度均变大；在相同动能情况下，管道上的最大应变和凹陷值基本相同，也表明落锚动能是影响管道变形响应的控制因素。本文研究成果可为海底管道防护方案设计提供科学依据。
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单位中国地震局; 中海油研究总院有限责任公司; 水利工程仿真与安全国家重点实验室; 天津大学
