[00375043]海底油气管道的破坏机理与状态监测方法研究

随着海洋油气资源的开发，海底管线成为海洋油气集输的最重要方式，成为海上油气田的生命线。海底管道的安全性成为海洋油气开发的关键问题。该研究旨在探索海底管线在复杂荷载和环境因素下的灾变过程和损伤机理，发展海底管线运行状态的实时监测理论，建立海底管线的智能化健康诊断系统。该项目是在国家自然科学基金重点基金和教育部重大研究计划的联合资助下开展的。该项目的承担单位为大连理工大学，胜利油田胜利工程设计咨询有限责任公司。取得的主要研究成果和创新贡献如下：(1)海底管道在波浪和海流作用下的响应研究成功地提出了一套基于水弹性模型比尺的近壁悬跨弹性海底管线动力响应试验研究方案。建立了可有效地保证圆柱体大位移运动时的流体网格质量和计算精度的圆柱体涡激振动二维有限元数值模型。(2)地震和波浪等动力荷载作用下海底管线及周围海床相互作用分析方法利用先进的土工静力-动力液压三轴-扭剪多功能剪切仪开展海洋土实验，得到不排水循环扭剪试验条件下得到的孔隙水压力增长模式，建立动力荷载作用下海床土体液化问题的数值模型。(3)地震荷载作用下海底管道计算分析模型的建立建立了海底悬空管道的地震反应分析模型。进行了基于水下振动台的海底悬跨管道的动力模型试验，借鉴Morison方程，定量分析了拖曳力系数和惯性力系数的地震影响规律，建立了适合地震情况的悬跨管道水动力计算模型。(4)在内压、轴力和弯矩等联合荷载作用下腐蚀管道的极限承载力的确定确定了在内压、轴力和弯矩等联合荷载作用下腐蚀管道的极限承载力。提出了轴向和环向相邻双点腐蚀缺陷相互作用准则，给出了群腐蚀海底管道的极限内压荷载的计算方法。基于完全塑性失效机理和Hill屈曲准则，提出了腐蚀缺陷管道在内压、轴力和弯矩荷载联合作用下的极限承载力的广义解。(5)海底管道健康监测的传感器优化布置和状态识别研究构建了同时包含结构反应信息与损伤灵敏度信息的Fisher矩阵，为结构健康监测中永久监测传感器的合理布设提供了理论基础；提出了结构反应敏感性和系统鲁棒性相协调的海底管线健康监测的传感器优化布置准则和优化方法。揭示了海底管线结构状态与其基本动力特性的相互关系，建立了基于统计模式识别的海底悬跨管线的结构状态识别方法。(6)“海底管线健康监测和安全评价系统”的开发结合光栅光纤传感器等监测元件，基于Java开发平台、面向对象的程序设计方法、多进程处理计算和X3D虚拟现实技术，开发了“海底管线健康监测和安全评价系统”软件。