(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211104762.7 (22)申请日 2022.09.09 (71)申请人 天津大学 地址 300110 天津市南 开区卫津路9 2号 (72)发明人 余杨　商文渊　余建星　许伟澎　 徐盛博　王福程　田博文　张鹏辉　 张志炜　刘昱昊　张文豪　 (74)专利代理 机构 天津展誉 专利代理有限公司 12221 专利代理师 刘红春 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/18(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 113/14(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种受侧向载荷的深水 管道压溃仿真方法 (57)摘要 本发明涉及有限元模拟技术领域， 尤其涉及 一种受侧向载荷的深水管道压溃仿真方法， 可通 过ABAQUS有限元软件模拟深水管道受到侧向载 荷后的响应， 得到凹坑深度、 回弹量及压溃压力。 本发明建立起一种受侧向载荷的深水管道压溃 仿真方法， 补足了目前该技术的空白， 实现了较 好的模拟效果， 为该工况下深水管道压溃数值模 拟的提供了一种建模思路， 数值模拟结果清晰、 直观、 可靠性高， 可 以得到做实验时无法采集到 的数据， 可以逐帧研究深水管道压溃的全过程、 预测深水管道受侧向作用的结果， 有很强的工程 指导意义。 权利要求书2页 说明书8页 附图8页 CN 115374679 A 2022.11.22 CN 115374679 A 1.一种受侧向载荷的深水 管道压溃仿真方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤S10， 确定深水管道的整体尺寸参数和压头的整体尺寸参数， 所述深水管道整体为 具有椭圆形截面的长直管道， 所述压 头用于向深水 管道施加侧向载荷， 在ABAQUS有限元软件中分别 对深水管道和压头建立模型， 设定深水管道的材料属性和 压头的材料属性； 步骤S20， 在ABAQUS有限元软件中对所述深水管道进行定位， 对所述压头进行装配， 整 体的深水管道的中心点与整体坐标系的原点重合， 所述深水管道的轴向与整体坐标系的Z 轴重合， 所述原 点所在的深水管道椭圆形截面的短轴与整体坐标系的Y轴重合， 所述原 点所 在的深水管道椭圆形截面的长轴与整体坐标系的X轴重合， 所述压头和深水管道的初始接 触点位于整体坐标系的Y轴； 步骤S30， 在ABAQUS有限元软件中， 根据所分析的影响深水管道承载能力的因素设定分 析步， 将输出变量设置为深水管道各节点在整体坐标系下沿各坐标轴方向的位移大小和载 荷比例因子； 步骤S40， 在ABAQUS有限元 软件中对压 头和深水 管道进行接触设置； 步骤S50， 在ABAQUS有限元软件中设置深水管道的边界条件， 设置深水管道的外载荷， 所述外载荷包括侧向载荷和外 部水压； 步骤S60， 在ABAQUS有限元 软件中分别对深水 管道和压 头进行单元网格划分； 步骤S70， 在ABAQUS有限元软件中提交任务， 执行分析步， 通过ABAQUS有限元软件的求 解器进行 数值模拟计算， 得到 输出变量； 步骤S80， 根据步骤S70得到的输出变量， 进行分析处理得到深水管道受外载荷作用后 的凹坑深度、 回弹量及压溃压力， 其中， 所述凹坑深度为分析步执行完成后初始接触点相对于初始背离点的位移量， 所述初始 背离点为深水管道外壁与Y轴的另一交点， 所述回弹量为执行分析步的过程中初始接触点相对于初始背离点的最大位移量减去 凹坑深度， 所述压溃压力为载荷比例因子乘以深水 管道外壁所受到的外 部水压幅值。 2.根据权利要求1所述的一种受侧向载荷的深水管道压溃仿真方法， 其特征在于， 所述 步骤S10中， 在ABA QUS有限元软件中建立的深水管道模 型为简化管道模 型， 所述简化管道模 型由整体深水管道截取得到， 所述简化管道模型垂直于轴线方向的截面为半椭圆形， 所述 简化管道模型的截面具有两个短半轴和一个长 半轴， 所述简化管道模型的长度为深水管道 整体长度的一半， 所述步骤S50中， 所述简化管道模型位于XY平面的部分和位于YZ平面的部分均设置为 对称性边界条件。 3.根据权利要求1所述的一种受侧向载荷的深水管道压溃仿真方法， 其特征在于， 所述 步骤S20中， 所述压头具有两个面向深水管道的主接触面， 两个主接触面关于XY平面对称， 两个主接触面的交线平行于X轴。 4.根据权利要求1所述的一种受侧向载荷的深水管道压溃仿真方法， 其特征在于， 所述 步骤S30中， 影响深水管道承载能力的因素包括深水管道的材料属性、 深水管道的径厚比和 压头形状，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115374679 A 2当所分析的影响深水管道承载能力的因素为深水管道的材料属性或者深水管道的径 厚比时， 选用静态分析步； 当所分析的影响深水 管道承载能力的因素为压 头形状时， 选用动态分析步。 5.根据权利要求1所述的一种受侧向载荷的深水管道压溃仿真方法， 其特征在于， 所述 步骤S40还 包括对深水 管道内表面进行接触设置 。 6.根据权利要求1所述的一种受侧向载荷的深水管道压溃仿真方法， 其特征在于， 所述 步骤S50中， 所述外载荷还 包括轴向载荷、 弯 矩和扭矩。 7.根据权利要求1所述的一种受侧向载荷的深水管道压溃仿真方法， 其特征在于， 若所 述步骤S30选用动态分析步， 则所述步骤S 50中压头对深水管道施加侧向载荷的加载速度设 置为压头在水中下落的终端速度， 所述终端速度由以下公式得到： 其中， m代表压头的质量； V表示压头的体积； ρwater代表水的密度； g代表重力加速度； CD 为压头的拖曳力系数； A为压 头在运动方向上的投影面积； vT为压头的终端速度。 8.根据权利要求7所述的一种受侧向载荷的深水管道压溃仿真方法， 其特征在于， 还包 括步骤S90， 根据凹痕 ‑吸收能量关系式计算得到凹坑规范计算深度， 若步骤S80中得到的凹 坑深度相 对于凹坑规范计算深度的相对误差在5％以内， 表明步骤S80得到的凹坑深度、 回 弹量及压溃压力具有 有效性。 9.根据权利要求1所述的一种受侧向载荷的深水管道压溃仿真方法， 其特征在于， 所述 步骤S60中， 对深水管道进行单元网格划分时， 分别对深水管道各边界进行布种， 通过控制 深水管道的轴向边界单元尺寸设置其轴向网格密度， 通过控制深水管道的环向边界单元数 量设置其环向网格密度， 通过控制深水 管道的径向边界单 元数量设置其径向网格密度。 10.根据权利要求1所述的一种受侧向载荷的深水管道压溃仿真方法， 其特征在于， 所 述步骤S60中， 通过控制压 头的整体尺寸对其进行 单元网格划分。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115374679 A 3