海洋管道结构强度设计课件.pptx
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- 海洋 管道 结构 强度 设计 课件
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1、第四章:海洋管道结构强度设计第四章 结构强度设计 4.1 概述 4.2 抗内压设计 4.3 抗外压设计 4.4 纵向应力 4.5 联合载荷 4.6 屈曲 4.7 船舶抛锚和拖网4.1 概述 截面结构形式:单管和双管(PIP)双管中内外管的连接:内外管之间可相对作周向运动的套式连接:外管只承受外压和管道屈曲时的弹性弯曲应力;内管则主要承受内压和温度变化引起的应力和应变。内外管之间分段设固定板的连接:外管承受外压和管道弹性弯曲外,通过固定连接件还与内管一起承受间隔分段传来的温度变化引起的应力和应变。局部管段内管和外管在套式连接基础上,在环形空间用胶凝材料全线固定连接:可视为单层管结构。4.1 概述
2、 内管和外管之间的联接件 支撑板 支撑环 密封圈 固定支撑板 固定支撑环4.1 概述 基本设计原则:管道的使用要求 运行条件 所处的海洋条件 铺设方法 埋设回填 最大程度的安全运行4.1 概述 作用于海洋管道的载荷:工作载荷 安装时:重力,压力和安装作用力 在位状态:重力,压力,胀缩力,预应力 环境载荷 风,波浪,潮流,地震,其它环境 偶然载荷:船舶的碰撞,拖网渔具的撞击和坠落物的撞击 载荷组合 管道正常运行状态的工作载荷与相应的环境载荷 管道施工安装,铺设时的工作载荷相应的环境载荷 管道正常运行状态的工作载荷与地震载荷4.1 概述 载荷组合(DNV-OS-F101)4.1概述 海洋管道的破坏
3、形式:管道过度屈服、屈曲、疲劳损坏、脆性断裂、韧性断裂、失稳Ductile burstBrittle burst4.1概述 海洋管道极限分析4.2 抗内压设计 环向应力作为管道设计的基础,Barlow(静力学)(1)DNV 规范 (2)拉梅方程 (3)4.2 抗内压设计 设计公式,公称壁厚要保证环向应力等于或小于某特定数值 (4)根据Barlow公式,最小壁厚应满足 (5)考虑制造公差 (6)结合DNV Eq(2)(7)4.2 抗内压设计例题例题1:直径为30in 的管道(钢),内压20MPa,外压2MPa,Y=413.75MPa,=0.83,求最小壁厚。4.2 抗内压设计 DNV-OS-F1
4、01极限状态方法满足的标准 是屈服应力 是拉伸强度;是局部偶发压强 最小壁厚为mSCbelitppp)(yfuf;liP4.2 抗内压设计例题例题2:直径为30in 的管道(钢),内压20MPa,外压2MPa,Y=413.75MPa,=0.83,=1.138,=1.15,求最小壁厚。4.3 抗外压设计 外压防坍塌(DNV-OS-F101)是椭圆度,一般不小于0.005。管道上任意点的外压都应满足(系统压溃校核)0f4.3 抗外压设计4.3 抗外压设计 用迭代法求解 初始值4.2 抗外压设计例题例题3:直径为0.219m 的管道(钢),压溃压强为42MPa,=413.75MPa,根据抗外压设计求
5、管道壁厚。yf1ab4.4 纵向应力 导致纵向应力的效应:泊松效应和温度变化 环向应力是静定的,对线弹性各向同性材料,通过应力-应变关系求纵向应变 纵向应力4.4 纵向应力 忽略扭转力和第三主应力,等效应力 von Mises 应力为:4.4 纵向应力 例题例题4:管道外径为30in,壁厚为20.8mm,内压是18MPa,且温度增加了90度,是2.4 ,是0.3,求管道受到的纵向应力合力,并求等效应力。E)/(2CmmNo4.5 联合载荷设计 管道受到弯矩、有效轴向力和内压,横截面设计应满足如下要求:适用于 是设计弯矩;是设计有效轴向力;是内压;是外压;是爆破压;4.5 联合载荷设计 应力参数
6、 和 相关的参数。4.5 联合载荷设计作业:作业:外径是323.9mm的管道,其屈服强度 是448MPa。设计轴向力是320kN,弯矩是650kN.m;若受到的内压是15MPa,外压是2MPa,安全等级系数 ,材料阻力系数 ,求联合载荷作用下需要满足结构强度的管道壁厚。yf138.1SC15.1m4.5 联合载荷设计 管道受到弯矩、有效轴向力和外压,横截面设计应满足如下要求:是能承受的最小内压,安装时通常取0。是压溃压。4.6 屈曲屈曲屈曲:管子截面偏平或翘曲折皱超过规定的限度,称为管子屈曲。按管道上载荷和支撑情况,可能出现以下几种屈曲形式:1、整体屈曲:管道或立管像压杆一样的屈曲;2、局部屈
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