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作者：李振眠;邵强;余杨;余建星;马文韬;刘鹏飞;田博文;张志炜;
单位：天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室;天津大学天津市港口与海洋工程重点实验室;国家管网集团工程技术创新有限公司;
摘要：厚壁管道广泛应用于（超）深水油气输送和浅水管道止屈防护，但目前国际权威规范对其极限承载能力存在明显低估，其经济性和安全性受到了业界的高度关注。针对厚壁管道局部压溃的关键力学问题，首先推导向量式有限元（VFIFE）实体单元计算公式，建立考虑几何、材料和边界非线性的厚壁管道压溃行为分析模型。通过8组缩尺比厚壁管道压溃试验和DNV规范、ABAQUS模拟分析模型的准确性。开展径厚比、初始椭圆度和屈服强度的敏感性分析，量化DNV规范方法的计算误差，并基于VFIFE结果拟合得到更准确的厚壁管道压溃压力计算公式。研究结果表明：VFIFE常应变四面体单元模拟结果符合实际情况，可以为深水厚壁管道压溃行为分析提供一套新的分析策略，但应注意确定结构准静态加载允许的最大加载速率；在较高的外压载荷作用下，管道会发生局部压溃和动态屈曲传播，截面由椭圆形变化为内壁出现一定褶皱的“哑铃”形，应力分布的变化规律符合实体结构屈曲失稳的一般规律；DNV规范对于厚壁管道压溃压力的计算误差分别随径厚比减小、初始椭圆度减小和材料屈服强度增大而增大；厚壁管道压溃压力的修正公式同源数据拟合误差为-2.49%～1.72%，异源数据计算误差为-6.11%～1.70%，能够准确计算径厚比8～18、初始椭圆度为0.5%～3.0%和材料屈服强度为300～550 MPa的深水管道压溃压力。本文结果可用于指导海底厚壁管道设计和校核。
关键词：深水厚壁管道;;向量式有限元;;实体单元;;压溃试验;;局部压溃;;屈曲传播
基金资助：国家自然科学基金资助项目（52401339）;; 博士后创新人才支持计划（BX20220224）;; 天津市科技计划项目（24ZXZSSS00410）
