10432.無限長夾層圓柱殼受均布外壓作用的后屈曲失穩(wěn)研究

1、暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文題名(中英對(duì)照)：無限長夾層圓柱殼受均布外壓作用的后屈曲失穩(wěn)研究Postbucklinganalysisfinfinitelylongcylindricalswichshellssubjectedtoexternalpressure作者姓名：謝旭華指導(dǎo)教師姓名及學(xué)位、職稱：薛江紅博士教授學(xué)科、專業(yè)名稱：力學(xué)工程力學(xué)學(xué)位類型：學(xué)術(shù)學(xué)位論文提交日期：論文答辯日期：答辯委員會(huì)主席：論文評(píng)閱人：學(xué)位授予單位和日期：I摘要摘要

2、深海管道在制作或加工過程中，由于加工工藝和技術(shù)的限制，管道必定存在某種程度的初始缺陷。含有初始缺陷的海底管道在深水壓力作用下會(huì)發(fā)生沿徑向的屈曲現(xiàn)象，從而引起管道的結(jié)構(gòu)失效。當(dāng)管道上下內(nèi)壁相互接觸后，形成狗骨形狀的后屈曲模態(tài)。此時(shí)如果海水的壓力達(dá)到某個(gè)臨界值，即屈曲傳播壓力，狗骨形后屈曲模態(tài)開始沿著管道軸向進(jìn)行傳播。近年來由于石油開采由近海區(qū)域向海洋深處延伸，在深海海底油井和海底表面存在的一定的溫差，石油從油井開采出來到海底巖層表面會(huì)因?yàn)?/p>

3、溫度驟降而使石油冷凝固結(jié)進(jìn)而堵塞管道，這無疑對(duì)海底管道的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。目前海底保溫管道普遍應(yīng)用于深海油田開發(fā)。本文運(yùn)用彈性力學(xué)、非線性穩(wěn)定理論、一階剪切夾層殼理論及有限元分析的體系，研究深海無限長夾層保溫管道受海底水壓力作用下管道后屈曲失穩(wěn)。主要研究內(nèi)容有：建立深海夾層圓柱殼受外壓作用局部失效的非線性屈曲控制方程。運(yùn)用一階剪切夾層殼理論，分析夾層結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)，考慮中面轉(zhuǎn)角，建立圓柱殼的彎曲平衡方程及夾層結(jié)構(gòu)徑向的平衡方程；考慮

4、中面的面內(nèi)薄膜力影響，借助非線性大撓度薄殼的理論，分析應(yīng)變位移關(guān)系，建立相容方程。引入轉(zhuǎn)角函數(shù)，面外撓度函數(shù)和應(yīng)力函數(shù)，建立適用于長夾層圓柱殼的非線性屈曲方程。采用Ritz法求解控制方程。依據(jù)分析模型，考慮夾層圓柱殼在面板和夾芯連接處位移和力的連續(xù)性、無限長夾層管道的邊界條件，建立定解條件。引入局部的屈曲失穩(wěn)模態(tài)，結(jié)合經(jīng)典平面應(yīng)變解，假定夾層圓柱殼橫截面的后屈曲失穩(wěn)模態(tài)為橢圓形，求解應(yīng)力函數(shù)與轉(zhuǎn)角函數(shù)，建立能量方程。運(yùn)用最小勢能原理求解

5、能量方程，得到夾層圓柱殼在均布外壓作用下沿著管道軸向傳播的傳遞區(qū)的傳播長度的計(jì)算公式、夾層管后屈曲失穩(wěn)傳播時(shí)的后屈曲傳播壓力表達(dá)式。參數(shù)分析。分析不同夾層管的徑厚比、面板厚度與夾芯厚度之比對(duì)后屈曲壓力和傳遞區(qū)長度的影響。同時(shí)改變夾芯和面板材料參數(shù)，分析材料的影響。最后把夾層管道夾芯退化為零與經(jīng)典單管屈曲壓力進(jìn)行比較。通過以上對(duì)比分析夾層管道在承載能力方面的特性。有限元仿真模擬。應(yīng)用Abaqus軟件模擬有限長夾層管道在兩端固支下的后屈曲失