[发明专利]PSI与改进Riks法耦合的管线水平向整体屈曲模拟方法

摘要

本发明公开了一种PSI与改进Riks法耦合的管线水平向整体屈曲模拟方法，采用管‑土相互作用单元(PSI)建立三向非线性管‑土模型，模拟在海底管线水平向整体屈曲过程中土体对管线的动态约束力，在管线模型中引入光滑的初始缺陷，与改进Riks法相耦合开展具有初始缺陷海底管线的水平向整体屈曲的数值模拟分析。本发明的有益效果能够同时考虑管线整体屈曲中的非线性管‑土作用与动态跳转现象，使得计算结果更能反映真实情况。

主权项

PSI与改进Riks法耦合的管线水平向整体屈曲模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：阶段一：根据海底管线的几何和物理力学参数和管‑土模型参数编写有限元软件ABAQUS的INP文件，计算管线特征屈曲模态：(1)在INP文件中，根据管线的几何和物理力学参数建立海底管线的三维模型，划分网格，并赋予管线材料属性；(2)建立PSI管‑土作用单元，PSI单元一侧与管线单元共用节点，PSI单元另一侧的节点代表远场表面，ABAQUS通过定义单元连接属性把PSI单元远场一侧和管线单元共享节点的一侧联系在一起；(3)根据管‑土作用模型参数，用下面的命令来定义在轴向、竖直向和水平向三个方向上的PSI单元非线性的各向异性本构模型：*PIPE‑SOIL STIFFNESS，TYPE＝NONLINEAR，DIRECTION＝direction其中，direction参数分别为轴线方向、竖向方向、水平方向，多次重复此命令的DIRECTION参数来定义每个方向上的本构模型行为特性，对于每个方向上的非线性本构模型，需提供按升序排列的相对位移数据，并通过定义原点处的数据来把正的数据和负的数据分开；(4)设置边界条件，运用buckle分析法对管线进行特征屈曲模态分析，得到管线最可能产生的几何缺陷形态；(5)在*Restart语句后面添加*Nodefile语句，将节点位移计算结果输出到文件名.fil文件；阶段二：根据海底管线的几何和物理力学参数和管‑土模型参数编写有限元软件ABAQUS的INP文件，引入阶段一模拟得出的管线的初始缺陷，重新建立用于管线屈曲分析的模型，采用改进Riks法分析管线的水平向整体屈曲过程，包括如下步骤：(1)在INP文件中，根据管线的几何和物理力学参数建立海底管线的三维模型，划分网格，并赋予管线材料属性；(2)建立PSI管‑土作用单元，PSI单元一侧与管线单元共用节点，PSI单元另一侧的节点代表远场表面，ABAQUS通过定义单元连接属性把PSI单元远场一侧和管线单元共享节点的一侧联系在一起；(3)根据管‑土作用模型参数，用下面的命令来定义在轴向、竖直向和水平向三个方向上的PSI单元非线性的各向异性本构模型：*PIPE‑SOIL STIFFNESS，TYPE＝NONLINEAR，DIRECTION＝direction其中，direction参数分别为轴线方向、竖向方向、水平方向，多次重复此命令的DIRECTION参数来定义每个方向上的本构模型行为特性，对于每个方向上的非线性本构模型，需提供按升序排列的相对位移数据，并通过定义原点处的数据来把正的数据和负的数据分开；(4)根据阶段一中步骤(5)输出的.fil文件计算结果，再引入模态的阶数，利用*Imperfection语句在管线的中心处引入初始几何缺陷，语句如下：*Imperfection，file＝(.fil文件名)，step＝(buckle分析步名)1，μ12，μ23，μ3……n，μn其中n是引入模态的阶数，μn是引入模态阶数对应的比例因子；(5)将管线内压转换为温差，对管线施加温度荷载，模拟高温高压作用过程，设置边界条件，采用改进Riks法模拟管线的水平向整体屈曲过程。