坠物碰撞下海底管道凹陷及损伤区域数值模拟研究

基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件显示动力分析,采用非线性动态有限元法,对海底管道受坠物碰撞的动态过程进行数值模拟,对比分析坠物质量、坠物形状、轴向预加荷载因素对海底管道在撞击作用下凹陷及损伤区域的影响。结果表明:海底管道受撞击部位的凹陷及损伤区域随着坠物能量的增加而增大;坠物形状因素由于碰撞发生时接触面不同对管道凹陷及损伤区域造成不同的影响;海底管道内压的存在一定程度上抵抗了碰撞造成的局部塑性损伤变形;轴向受拉对海底管道损伤方面的影响很小可忽略不计;适当增加轴向压力可提升海底管道抗碰撞冲击能力而过大的轴向压力会加剧管道破坏。

浅海输气管道坠物碰撞动力响应分析

为深入研究浅海输气管道坠物碰撞损伤过程,从简化解析法和数值分析法2个角度对浅海输气管道坠物碰撞损伤过程进行动力响应分析。在简化解析法中,采用非完全弹性碰撞理论-动量守恒定律计算方法,计算坠物冲击荷载;依据布辛尼克斯法分析冲击荷载在土体中的传递,采用衰减系数分析冲击荷载在混凝土层中的传递,进而计算管道在坠物冲击荷载作用下的内力。在数值分析法中,用Workbench LS-DYNA有限元软件模拟浅海输气管道坠物碰撞的动力响应过程。结果表明：模拟得到的冲击荷载分布规律与布辛尼克斯法得到的相似,但衰减的速度更快;由于覆土层和混凝土防护层吸收了碰撞的大部分能量,冲击荷载对管道的影响范围有限。