高温高压海底管道横向热屈曲机理及控制措施研究

　　本书基于经典热屈曲理论，推导了平坦海床上存在初始几何缺陷的裸铺管道横向屈曲的临界荷载解析解；建立了平坦海床上裸铺管道的非线性有限元模型；提出了一种新的蛇形铺管形状—正弦曲线形状，并建立了相应的非线性有限元模型；此外，还针对蛇形铺管法控制管道横向屈曲中存在的问题，提出了一种新的蛇形铺管—枕木组合控制法。本书的研究成果对海底管道的工程设计有一定的指导作用。

　　刘羽霄，博士，讲师。2010年9月毕业于大连理工大学，获得工学博士学位，现从事土木工程领域相关课程的教学工作。主要从事结构工程灾害及防灾减灾的研究工作，现已获批教育部人文社科项目1项，山东省自然基金联合专项1项，大连理工大学国家重点实验室开放基金项目1项。发表论文10余篇， EI收录8篇（EI检索外文期3篇）， SCI检索期刊1篇，CSCD检索期刊2篇。

1 绪论…………………………………………………………… 1
1.1 本书选题背景和意义…………………………………… 1
1.2 高温海底管道失效案例………………………………… 4
1.3 国内外研究现状及存在问题…………………………… 6
1.4 本文主要工作……………………………………………21
2 海底管道横向屈曲的理论研究…………………………………23
2.1 Hobbs’s 解析解……………………………………………23
2.2 横向屈曲临界荷载的能量解法…………………………28
2.3 含缺陷管道横向屈曲临界荷载…………………………32
2.4 本章小结…………………………………………………43
3 海底管道横向屈曲的数值仿真…………………………………44
3.1 有限元分析的理论基础…………………………………44
3.2 平坦海床上裸管道非线性有限元模型…………………58
3.3 横向屈曲管道数值仿真流程……………………………62
3.4 有限元模型的验证………………………………………64
3.5 缺陷引入方法的对比分析………………………………69
3.6 横向屈曲关键影响参数的敏感性研究…………………72
3.7 管道轴向运动与横向屈曲的相互作用…………………83
2
3.8 小屈曲间距……………………………………………93
3.9 本章小结…………………………………………………98
4 平坦海床上裸铺管道的蛇形铺设研究……………………… 100
4.1 蛇形铺设管道概述…………………………………… 101
4.2 蛇形铺设管道有限元模型及验证…………………… 104
4.3 两种铺管形状的对比分析…………………………… 105
4.4 蛇形铺设管道敏感参数研究………………………… 106
4.5 蛇形铺管角度的研究………………………………… 110
4.6 两个蛇形铺设段之间距离的研究…………………… 118
4.7 本章小结……………………………………………… 119
5 海底管道整体屈曲蛇铺枕木组合控制措施研究………… 121
5.1 高温管道屈曲控制措施……………………………… 122
5.2 非线性有限元接触分析原理………………………… 128
5.3 海床枕木管道非线性有限元接触模型…………… 132
5.4 “SS 法”研究…………………………………………… 134
5.5 本章小结……………………………………………… 143
6 结论与展望…………………………………………………… 144
6.1 本文工作总结………………………………………… 145
6.2 展望………………………………………………… 148
参考文献………………………………………………………… 149
附录隆起屈曲理论推导……………………………………… 165