CN115544702B - 油气管道沉管施工应力校核方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于有限元的油气管道沉管施工应力校核方法、装置、设备及存储介质。该方法包括：根据沉管参数建立第一沉管有限元模型，并获取第一沉管有限元模型输出的油气管道的第一当前最大应力值；根据第一当前最大应力值和油气管道的历史实测最大应力值，更新沉管参数中的至少部分，得到第二沉管有限元模型，并获取第二沉管有限元模型输出的油气管道的第二当前最大应力值；根据第二当前最大应力值和油气管道的许用应力值，更新沉管参数中的至少部分，得到第三沉管有限元模型，其中，第三沉管有限元模型的沉管参数用于施工现场。本申请的方法，解决了现有方法在计算过程中费时费力，存在一定误差与失误，导致计算效率和校核质量下降的问题。

Description

油气管道沉管施工应力校核方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本申请涉及管道施工技术领域，尤其涉及一种基于有限元的油气管道沉管施工应力校核方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

油气管道作为全球运输油气资源的主要方式之一，具有高效率、低成本、可持续运输等优点，在促进国家经济建设发展过程中发挥着极其重要的作用。

想要保障油气管道输送的安全、可靠，就要加强油气管道施工工程中安全性校核的工作，从根本上保障油气管道工程质量。埋地油气管道施工过程中，重要的一环就是油气管道的沉管下沟作业。现有方法对油气管道沉管下沟施工过程中的应力计算手段主要是通过理论数学计算来完成，并基于所计算的应力数据进行校核。在工程实际过程中，管道、土壤及沉管施工深度等参数的代入需要根据实际施工情况不断调整。

现有方法在计算过程中需要人为输入参数，费时费力，且可能存在一定误差与失误，导致计算效率和校核质量下降，使管道沉管下沟作业存在安全隐患。

发明内容

本申请提供一种基于有限元的油气管道沉管施工应力校核方法、装置、设备及存储介质，用以解决现有方法在计算过程中费时费力，存在一定误差与失误，导致计算效率和校核质量下降的问题。

一方面，本申请提供一种基于有限元的油气管道沉管施工应力校核方法，包括：

根据沉管参数建立第一沉管有限元模型，并获取所述第一沉管有限元模型输出的油气管道的第一当前最大应力值，所述沉管参数包括管道参数、土壤参数以及施工参数；

根据所述第一当前最大应力值和油气管道的历史实测最大应力值，更新所述沉管参数中的至少部分，得到第二沉管有限元模型，并获取所述第二沉管有限元模型输出的油气管道的第二当前最大应力值；

根据所述第二当前最大应力值和油气管道的许用应力值，更新所述沉管参数中的至少部分，得到第三沉管有限元模型，其中，所述第三沉管有限元模型的沉管参数用于指导施工现场。

可选地，所述根据所述第一当前最大应力值和油气管道的历史实测最大应力值，更新所述沉管参数中的至少部分，得到第二沉管有限元模型，包括：

判断第一当前最大应力值是否吻合历史实测最大应力值；

若否，更新土壤参数和施工参数，得到新的沉管参数，并根据新的沉管参数建立新的沉管有限元模型，得到修正后的第一当前最大应力值；

重复执行更新土壤参数和施工参数的过程，直到修正后的第一当前最大应力值吻合历史实测最大应力值，得到第二沉管有限元模型。

可选地，所述根据所述第二当前最大应力值和油气管道的许用应力值，更新所述沉管参数中的至少部分，得到第三沉管有限元模型，包括：

判断所述第二当前最大应力值是否小于所述许用应力值；

若否，更新管道参数和施工参数，得到新的沉管参数，并根据新的沉管参数建立新的沉管有限元模型，得到修正后的第二当前最大应力值；

重复执行更新管道参数和施工参数的过程，直到修正后的第二当前最大应力值小于许用应力值，得到第三沉管有限元模型。

可选地，所述管道参数包括管径、管道壁厚，弯管角度以及弯管尺寸；

所述土壤参数包括土壤类型和摩擦系数；

所述施工参数包括管沟参数，支墩设置参数，管道附加载荷。

可选地，所述沉管有限元模型满足如下条件中的至少一种：

假设油气管道足够长，起始下沟点下沟时不会对油气管道端部产生影响；

油气管道两端采用自由约束；

沉管下沟过程中，油气管道与土体之间的支撑作用采用接触单元模拟；

使用离散刚体模拟土体及支墩；

通过将右侧土块下移模拟挖掘机开挖产生的不同沟底深度。

可选地，所述油气管道本体采用abaqus软件中的一阶剪切变形梁单元模型。

可选地，所述沉管有限元模型为abaqus非线性有限元模拟软件建立的模型。

另一方面，本申请提供一种基于有限元的油气管道沉管施工应力校核装置，包括：

第一建模模块，用于根据沉管参数建立第一沉管有限元模型，并获取所述第一沉管有限元模型输出的油气管道的第一当前最大应力值，所述沉管参数包括管道参数、土壤参数以及施工参数；

第二建模模块，用于根据所述第一当前最大应力值和油气管道的历史实测最大应力值，更新所述沉管参数中的至少部分，得到第二沉管有限元模型，并获取所述第二沉管有限元模型输出的油气管道的第二当前最大应力值；

第三建模模块，用于根据所述第二当前最大应力值和油气管道的许用应力值，更新所述沉管参数中的至少部分，得到第三沉管有限元模型，其中，所述第三沉管有限元模型的沉管参数用于施工现场。

可选地，第二建模模块具体用于：

判断第一当前最大应力值是否小于历史实测最大应力值；

若否，更新土壤参数和施工参数，得到新的沉管参数，并根据新的沉管参数建立新的沉管有限元模型，得到修正后的第一当前最大应力值；

重复执行更新土壤参数和施工参数的过程，直到修正后的第一当前最大应力值小于历史实测最大应力值，得到第二沉管有限元模型。

可选地，第三建模模块具体用于：

判断所述第二当前最大应力值是否小于所述许用应力值；

若否，更新管道参数和施工参数，得到新的沉管参数，并根据新的沉管参数建立新的沉管有限元模型，得到修正后的第二当前最大应力值；

重复执行更新管道参数和施工参数的过程，直到修正后的第二当前最大应力值小于许用应力值，得到第三沉管有限元模型。

可选地，所述管道参数包括管径、管道壁厚，弯管角度以及弯管尺寸；

所述土壤参数包括土壤类型和摩擦系数；

所述施工参数包括管沟参数，支墩设置参数，管道附加载荷。

可选地，所述沉管有限元模型满足如下条件中的至少一种：

假设油气管道足够长，起始下沟点下沟时不会对油气管道端部产生影响；

油气管道两端采用自由约束；

沉管下沟过程中，油气管道与土体之间的支撑作用采用接触单元模拟；

使用离散刚体模拟土体及支墩；

通过将右侧土块下移模拟挖掘机开挖产生的不同沟底深度。

可选地，所述油气管道本体采用abaqus软件中的一阶剪切变形梁单元模型。

可选地，所述沉管有限元模型为abaqus非线性有限元模拟软件建立的模型。

本申请的第三方面，提供了一种电子设备，包括：

处理器和存储器；

存储器存储计算机执行指令；

处理器执行存储器存储的计算机执行指令，使得电子设备执行第一方面中任一项的方法。

本申请的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，计算机执行指令被处理器执行时用于实现如第一方面任一项的硬件外设的驱动程序的确定方法。

本实施例提供了一种基于有限元的油气管道沉管施工应力校核方法、装置、设备及存储介质，该方法通过根据沉管参数建立第一沉管有限元模型，并获取第一沉管有限元模型输出的油气管道的第一当前最大应力值；根据第一当前最大应力值和油气管道的历史实测最大应力值，更新沉管参数中的至少部分，得到第二沉管有限元模型，并获取第二沉管有限元模型输出的油气管道的第二当前最大应力值，判断管道是否失效；根据第二当前最大应力值和油气管道的许用应力值，若校核不通过，更新沉管参数中的至少部分，得到第三沉管有限元模型。该方法通过历史实测最大应力值校验沉管有限元模型，得到适用于工程施工的准确模型即第二有限元模型；通过第二有限元模型计算得到的最大应力值与许用应力值判断现场施工是否满足安全要求。该方法得到更为科学准确的用于施工现场的沉管参数，加快了应力校核的速度的同时兼顾了准确度。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1a是沉管下沟施工的双侧单向沉管示意图；

图1b是沉管下沟施工的双侧背向沉管示意图；

图2为本申请实施例提供的基于有限元的油气管道沉管施工应力校核方法流程图一；

图3为本申请实施例提供的基于有限元的油气管道沉管施工应力校核方法流程图二；

图4a为D1219×18.4mm有、无支墩直管段双侧单向沉管管顶应力图；

图4b为D1219×18.4mm不同支墩位置双侧背向沉管沟深3.0m管顶应力图；

图4c为D1219×18.4mm双侧单向沉管全线应力值三维图；

图5为本申请实施例提供的一种基于有限元的油气管道沉管施工应力校核装置的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的基于有限元的油气管道沉管施工应力校核设备的硬件结构图。

附图标记说明：

101-挖掘机A；

102-挖掘机B；

103-管道；

104-管沟；

105-挖掘机C；

106-挖掘机D。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1a是沉管下沟施工的双侧单向沉管示意图，图1b是沉管下沟施工的双侧背向沉管示意图。如图1a和图1b所示，该示意图包括：挖掘机A101、挖掘机B102、挖掘机C105、挖掘机D106、管道103以及管沟104。当进行双侧单向沉管施工时，管道103放置于指定位置，挖掘机A101和挖掘机B102在管道103两侧挖掘管沟104，且挖掘机A101和挖掘机B102两者方向相同。当进行双侧背向沉管施工时，管道103放置于指定位置，挖掘机A101、挖掘机B102、挖掘机C105以及挖掘机D106在管道103两侧挖掘管沟104，此时挖掘机A101和挖掘机B102两者方向相同，挖掘机C105和挖掘机D106两者方向相同，同时挖掘机A101和挖掘机B102两者方向与挖掘机C105和挖掘机D106两者方向相反，分别向管道103两端行进。管道103在沉管下沟过程中将发生明显的大位移弯曲变形，变形过程中会产生高应力状态，管道103产生局部应力集中，可能造成管道103发生塑性变形失效破坏，这对管道安全和质量有一定影响。在使用理论数据方法进行应力的验算时需要人为输入参数，费事费力，且存在误差。

本申请提供了一种基于有限元的油气管道沉管施工应力校核方法，该方法通过沉管参数建立沉管有限元模型后，通过历史实测最大应力值和许用应力值两次校验沉管有限元模型，得到更为科学准确的用于施工现场的沉管参数，加快了应力校核的速度的同时兼顾了准确度。

本申请提供的基于有限元的油气管道沉管施工应力校核方法，旨在解决现有技术的如上技术问题。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

图2为本申请实施例提供的基于有限元的油气管道沉管施工应力校核方法流程图一。如图2所示，本实施例的方法，包括：

S201、根据沉管参数建立第一沉管有限元模型，并获取第一沉管有限元模型输出的油气管道的第一当前最大应力值，沉管参数包括管道参数、土壤参数以及施工参数；

沉管下沟指的是沿管道开挖管沟，利用管道自身重力作用缓慢将管道自然下沉到不同深度管沟内的施工方法。针对长输管道沉管下沟过程中应力的计算与校核，是指在施工开始前，收集沉管下沟施工建设要求及图纸资料中的详细参数，对管道在沉管下沟过程中的应力进行模拟计算，得到管道上的最大应力值，与相关规范中查阅到的管道对应的许用应力值比较，以保证在现场施工中管道因为沉管下沟的施工方式发生形变时，其应力小于许用应力值，这样确保管道不会因为应力而发生塑性形变，沉管下沟施工不会对管道造成损害。

本申请中采取建立沉管有限元模型来对沉管过程的应力变化进行计算。有限元法是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术，求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，简单部分就称作有限元。本实施例中，建立沉管有限元模型是建立管道沉管时应力的数学模型，以求解得到模拟的最大应力值。本实施例中，建立沉管有限元模型以及求解都在有限元软件中完成。而建立沉管有限元模型所需的参数即为沉管参数，主要包括三方面参数：管道参数、土壤参数以及施工参数。其中，根据初始的沉管参数建立的模型是第一沉管有限元模型，根据第一沉管有限元模型获得的最大应力值是第一当前最大应力值。

可选地，管道参数包括管径、管道壁厚，弯管角度以及弯管尺寸；土壤参数包括土壤类型和摩擦系数；施工参数包括管沟参数，支墩设置参数，管道附加载荷。

本实施例中，管道在沉管下沟过程中会变弯，因此管道参数分为直管和弯管两部分。管道与土壤间摩擦类型预设为库仑摩擦，因此需要根据管道地基土壤种类和性质，查阅参考资料，确定土壤摩擦系数。施工参数中的管沟参数包括沟深沟宽，支墩设置方式及数量。支墩是放置在靠近管道发生形变位置的支持体，其作用是保护管道的保温层不因为和土壤摩擦被破坏，也方便吊装的装置安装。与此同时，支墩的数量和位置也对管道应力有影响。管道附加载荷是指作用在管道上的力，如重力和土体支持力。上述参数都需要在建模过程中，在有限元软件中进行设置。

可选地，在本实施例中，所涉及的沉管有限元模型满足如下预设条件中的至少一种：

假设油气管道足够长，起始下沟点下沟时不会对油气管道端部产生影响；

油气管道两端采用自由约束；

沉管下沟过程中，油气管道与土体之间的支撑作用采用接触单元模拟；

使用离散刚体模拟土体及支墩；

通过将右侧土块下移模拟挖掘机开挖产生的不同沟底深度。

本实施例中，首先预设油气管道足够长，这样管道在下沟时，弯管角度不会太大，且与土壤直接的相对滑动可以忽略不计，即不对油气管道端部产生影响。油气管道两端采用自由约束是指管道两端没有任何约束条件。

在使用有限元软件时，如果模型中某个部件的刚度远远大于其他部件，其变形远远小于其他部件，就可以将其定义为刚体部件。在分析过程中刚体部件不发生变形，而只发生整体的平动和转动。将部件定义为刚体的主要目的是为了提高计算效率，使分析更容易收敛。离散刚体是指有限元软件ABAQUS中用离散的单元来表示的一种刚体，可以设置为任意的几何形状。本实施例中，使用离散刚体模拟土体及支墩是用离散的单元来表示土体及支墩，建立的有限元模型更为准确。

本实施例中，为了对沉管下沟过程进行充分准备，会对不同沟底深度进行模拟，因此通过将右侧土块下移模拟挖掘机开挖产生的不同沟底深度。本领域技术人员可以理解，这里的右侧土块是指沉管施工过程中，待挖掘的土块，方向并不局限于右侧。

可选地，沉管有限元模型为abaqus非线性有限元模拟软件建立的模型。

有限元模拟软件是采用有限元方法进行数值模拟计算的软件。abaqus是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。本实施例中，采用abaqus作为非线性有限元模拟软件。

可选地，油气管道本体采用abaqus软件中的一阶剪切变形梁单元模型。

梁是指承受垂直于轴线的横向载荷的杆件。在一阶变形梁单元模型中，假设变形后的法线仍然为直线且长度不变。本实施例中，采用一阶剪切变形梁单元作为基础模型。

S202、根据第一当前最大应力值和油气管道的历史实测最大应力值，更新沉管参数中的至少部分，得到第二沉管有限元模型，并获取第二沉管有限元模型输出的油气管道的第二当前最大应力值；

本实施例中，历史实测最大应力值是由历史现场监控检测数据得到的。为了在使用沉管有限元模型对施工现场进行模拟之前，对模型进行优化，针对现场施工检测数据对模型的沉管参数进行调整，使得调整后的模型更加接近现实施工情况，在获得第一当前最大应力值和第一沉管有限元模型之后，以历史现场监控检测数据为基准，对第一沉管有限元模型的沉管参数进行调整，进而得到第二沉管有限元模型，并获取第二沉管有限元模型输出的油气管道的第二当前最大应力值。其中，根据历史实测最大应力值调整后的模型是第二沉管有限元模型，根据第二沉管有限元模型获得的最大应力值是第二当前最大应力值。

S203、根据第二当前最大应力值和油气管道的许用应力值，更新沉管参数中的至少部分，得到第三沉管有限元模型，其中，第三沉管有限元模型的沉管参数用于指导施工现场。

本实施例中，油气管道的许用应力值是指施工规范中规定的管材最小屈服强度，规范中规定，管道下沟过程中的最大应力不应大于钢管最小屈服强度的80％，而钢管的最小屈服强度只和钢管的钢级有关，因此通过查阅钢管的钢级即可获得油气管道的许用应力值。本领域的技术人员可以理解，在油气管道的应用场景里，一般使用钢管，若使用其他材质的管道，则需要另外方法确认许用应力值。在获得第二当前最大应力值和第二沉管有限元模型之后，以油气管道的许用应力值为基准，判断现有工况下管道是否实效。若校核失效，对第二沉管有限元模型的沉管参数进行调整，进而得到第三沉管有限元模型。获得模型的目的是为了获得能够指导施工现场的沉管参数。其中，根据油气管道的许用应力值调整后的模型是第三沉管有限元模型。

本实施例提供了一种基于有限元的油气管道沉管施工应力校核方法，该方法通过根据沉管参数建立第一沉管有限元模型，并获取第一沉管有限元模型输出的油气管道的第一当前最大应力值；根据第一当前最大应力值和油气管道的历史实测最大应力值，更新沉管参数中的至少部分，得到第二沉管有限元模型，并获取第二沉管有限元模型输出的油气管道的第二当前最大应力值，判断管道是否失效；根据第二当前最大应力值和油气管道的许用应力值，若校核不通过，更新沉管参数中的至少部分，得到第三沉管有限元模型。该方法通过历史实测最大应力值校验沉管有限元模型，得到适用于工程施工的准确模型即第二有限元模型；通过第二有限元模型计算得到的最大应力值与许用应力值判断现场施工是否满足安全要求。该方法得到更为科学准确的用于施工现场的沉管参数，加快了应力校核的速度的同时兼顾了准确度。

图3为本申请实施例提供的基于有限元的油气管道沉管施工应力校核方法流程图二。如图3所示，本实施例的方法在图2所示实施例的基础上，对根据历史实测最大应力值和根据许用应力值校核沉管有限元模型的过程进行详细叙述。

S301、根据沉管参数建立第一沉管有限元模型，并获取第一沉管有限元模型输出的油气管道的第一当前最大应力值，沉管参数包括管道参数、土壤参数以及施工参数；

本实施例中，S301与图2所示的S201相同，此处不做赘述。

S302、判断第一当前最大应力值是否吻合历史实测最大应力值，若否则执行S303，若是则执行S304；

本实施例中，为了让第一沉管有限元模型更接近现场施工情况，获取历史现场施工检测数据中的历史实测最大应力值，将其与第一当前最大应力值对比，若第一当前最大应力值不等于历史实测最大应力值，则说明第一沉管有限元模型的沉管参数有待优化，因此需要更新相关的沉管参数。

S303、更新土壤参数和施工参数，得到新的沉管参数，并根据新的沉管参数建立新的沉管有限元模型，得到修正后的第一当前最大应力值；

本实施例中，由于历史现场施工检测数据中的管道参数已经固定，不能修改，即针对土壤参数和施工参数进行更新。其中，土壤参数中的摩擦系数可能是导致第一沉管有限元模型与历史现场情况不符的原因，因此可以针对摩擦系数参数进行修改。另外，管道附加载荷中的土体支持力可能是导致第一沉管有限元模型与历史现场情况不符的原因，例如土体不平导致土体支持力变化，但此情况没有被考虑到进而设置在第一沉管有限元模型中，因此可以针对土体支持力进行修改。通过更新过参数的第一沉管有限元模型可以获得修正后的第一当前最大应力值，此后再次回到S302将其与第一当前最大应力值对比。

S304、第一当前最大应力值吻合历史实测最大应力值，得到第二沉管有限元模型；

当第一当前最大应力值吻合历史实测最大应力值，说明此时的第一沉管有限元模型与现场施工情况已经接近，优化完成，此时得到的即为第二沉管有限元模型，与此对应的修正过的第一当前最大应力值即为第二当前最大应力值。

S305、判断第二当前最大应力值是否小于许用应力值，若否则执行S306，若是则执行S307；

本实施例中，为了确保管道不超过自身最小屈服强度的80％，获取管道的许用应力值，将其与第二当前最大应力值对比，若第二当前最大应力值大于许用应力值，则说明，校核得到在现有条件下现场施工管道会失效，现场管道在现有条件下施工校核不安全，为指导现场施工在什么施工条件下是安全的，需要更新相关的沉管参数。

S306、更新管道参数和施工参数，得到新的沉管参数，并根据新的沉管参数建立新的沉管有限元模型，得到修正后的第二当前最大应力值；

本实施例中，此时的沉管下沟施工还未开始，因此管道参数和施工参数都可以修改，同时土壤参数和管道附加载荷已经针对现场数据优化过，此处不再优化。管道参数中的管径、管道壁厚，弯管角度以及弯管尺寸，以及施工参数中的管沟参数，支墩设置参数都可能是导致第二当前最大应力值大于管道的许用应力值的原因。其中，弯管角度、弯管尺寸和管沟参数是耦合的，在修改时互相影响。通过更新过参数的第二沉管有限元模型可以获得修正后的第二当前最大应力值，此后再次回到S305将其与管道的许用应力值对比。

S307、第二当前最大应力值小于许用应力值，得到第三沉管有限元模型。

当第二当前最大应力值小于许用应力值，说明此时第二沉管有限元模型符合施工规范，校核完成，此时得到的即为第三沉管有限元模型，即可获得指导施工的第三沉管有限元模型的沉管参数。

下面以一个具体的实施例，对本申请的技术方案进行详细说明。

首先沉管有限元模型的预设条件如下：采用abaqus软件中的一阶剪切变形梁单元模型，且假设下沟管段足够长，起始下沟点下沟时不会对管段端部产生影响；计算管段两端采用自由约束；沉管下沟过程中，管道与土体之间的支撑作用采用接触单元进行模拟；使用离散刚体模拟土体及支墩(有支墩时)，使用通用接触定义两者接触关系；通过将右侧土块下移模拟挖掘机开挖产生的不同沟底深度。

其次获得沉管参数中的管道参数：材质是钢管，线弹性材料，密度为7850Kg/m3，弹性模量为2.05*105MPa，泊松比为0.3，管径为1219mm，壁厚为18.4mm，钢材等级为X80。土壤参数中的摩擦系数为0.25，施工参数中的管道载荷及其加载方式如表1所示。

表1

查阅《油气输送管道沉管下沟施工规范》中规定的钢管屈服强度计算方法，确定X80管道许用应力值为444MPa；同时对管道有无支墩等工况下全线应力数据进行提取，发现管道最大应力位置在管沟边界处，该处最大应力为管顶的拉伸应力。D1219×18.4mm不同沉管沟深下的应力数据及校核结果如表2所示。图4a为D1219×18.4mm有、无支墩直管段双侧单向沉管管顶应力值图，图4b为D1219×18.4mm不同支墩位置双侧背向沉管沟深3.0m管顶应力值图。图4c为D1219×18.4mm双侧单向沉管全线应力值三维图，如图4c所示，管道最大应力位置在管沟边界处的管顶侧。

表2

本实施例提供了一种基于有限元的油气管道沉管施工应力校核方法，该方法通过根据沉管参数建立第一沉管有限元模型，并获取第一沉管有限元模型输出的油气管道的第一当前最大应力值；判断第一当前最大应力值是否小于历史实测最大应力值，若否，更新土壤参数和施工参数，得到新的沉管参数，并根据新的沉管参数建立新的沉管有限元模型，得到修正后的第一当前最大应力值；重复执行更新土壤参数和施工参数的过程，直到修正后的第一当前最大应力值小于历史实测最大应力值，得到第二沉管有限元模型；判断第二当前最大应力值是否小于许用应力值；若否，更新管道参数和施工参数，得到新的沉管参数，并根据新的沉管参数建立新的沉管有限元模型，得到修正后的第二当前最大应力值；重复执行更新管道参数和施工参数的过程，直到修正后的第二当前最大应力值小于许用应力值，得到第三沉管有限元模型。该方法通过历史实测最大应力值更新土壤参数和施工参数，通过许用应力值更新管道参数和施工参数，使得在使用沉管有限元模型前尽可能的将模型的参数靠近实际情况，同时使用校验后的模型参数指导施工，使得沉管施工过程中，管道发生应力塑性形变的可能性降低。

图5为本申请实施例提供的一种基于有限元的油气管道沉管施工应力校核装置的结构示意图。本实施例的装置可以为软件和/或硬件的形式。如图5所示，本申请实施例提供的一种基于有限元的油气管道沉管施工应力校核装置500，包括第一建模模块501、第二建模模块502以及第三建模模块503，

第一建模模块501，用于根据沉管参数建立第一沉管有限元模型，并获取第一沉管有限元模型输出的油气管道的第一当前最大应力值，沉管参数包括管道参数、土壤参数以及施工参数；

第二建模模块502，用于根据第一当前最大应力值和油气管道的历史实测最大应力值，更新沉管参数中的至少部分，得到第二沉管有限元模型，并获取第二沉管有限元模型输出的油气管道的第二当前最大应力值；

第三建模模块503，用于根据第二当前最大应力值和油气管道的许用应力值，更新沉管参数中的至少部分，得到第三沉管有限元模型，其中，第三沉管有限元模型的沉管参数用于施工现场。

一种可能的实现方式中，第二建模模块具体用于：

判断第一当前最大应力值是否小于历史实测最大应力值；

若否，更新土壤参数和施工参数，得到新的沉管参数，并根据新的沉管参数建立新的沉管有限元模型，得到修正后的第一当前最大应力值；

重复执行更新土壤参数和施工参数的过程，直到修正后的第一当前最大应力值小于历史实测最大应力值，得到第二沉管有限元模型。

一种可能的实现方式中，第三建模模块具体用于：

判断第二当前最大应力值是否小于许用应力值；

若否，更新管道参数和施工参数，得到新的沉管参数，并根据新的沉管参数建立新的沉管有限元模型，得到修正后的第二当前最大应力值；

重复执行更新管道参数和施工参数的过程，直到修正后的第二当前最大应力值小于许用应力值，得到第三沉管有限元模型。

一种可能的实现方式中，管道参数包括管径、管道壁厚，弯管角度以及弯管尺寸；

土壤参数包括土壤类型和摩擦系数；

施工参数包括管沟参数，支墩设置参数，管道附加载荷。

一种可能的实现方式中，沉管有限元模型满足如下条件中的至少一种：

假设油气管道足够长，起始下沟点下沟时不会对油气管道端部产生影响；

油气管道两端采用自由约束；

沉管下沟过程中，油气管道与土体之间的支撑作用采用接触单元模拟；

使用离散刚体模拟土体及支墩；

通过将右侧土块下移模拟挖掘机开挖产生的不同沟底深度。

一种可能的实现方式中，油气管道本体采用abaqus软件中的一阶剪切变形梁单元模型。

一种可能的实现方式中，沉管有限元模型为abaqus非线性有限元模拟软件建立的模型。

本实施例提供的基于有限元的油气管道沉管施工应力校核装置，可用于执行上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。

图6为本申请实施例提供的基于有限元的油气管道沉管施工应力校核设备的硬件结构图。如图6所示，该基于有限元的油气管道沉管施工应力校核设备600包括：

处理器601和存储器602；

存储器存储计算机执行指令；

处理器执行存储器602存储的计算机执行指令，使得电子设备执行如上述的基于有限元的油气管道沉管施工应力校核方法。

应理解，上述处理器601可以是中央处理单元(英文：Central Processing Unit，简称：CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文：Digital SignalProcessor，简称：DSP)、专用集成电路(英文：Application Specific IntegratedCircuit，简称：ASIC)等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合发明所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。存储器602可能包含高速随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)，也可能还包括非易失性存储器(英文：Non-volatilememory，简称：NVM)，例如至少一个磁盘存储器，还可以为U盘、移动硬盘、只读存储器、磁盘或光盘等。

本申请实施例相应还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，计算机执行指令被处理器执行时用于实现的基于有限元的油气管道沉管施工应力校核方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (6)

1.一种基于有限元的油气管道沉管施工应力校核方法，其特征在于，包括：

根据沉管参数建立第一沉管有限元模型，并获取所述第一沉管有限元模型输出的油气管道的第一当前最大应力值，所述沉管有限元模型满足如下条件中的至少一种：假设油气管道足够长，起始下沟点下沟时不会对油气管道端部产生影响；油气管道两端采用自由约束；沉管下沟过程中，油气管道与土体之间的支撑作用采用接触单元模拟；使用离散刚体模拟土体及支墩；通过将右侧土块下移模拟挖掘机开挖产生的不同沟底深度；所述沉管参数包括管道参数、土壤参数以及施工参数，所述管道参数包括管径、管道壁厚，弯管角度以及弯管尺寸；所述土壤参数包括土壤类型和摩擦系数；所述施工参数包括管沟参数，支墩设置参数，管道附加载荷；

判断第一当前最大应力值是否吻合历史实测最大应力值；

若否，更新土壤参数和施工参数，得到新的沉管参数，并根据新的沉管参数建立新的沉管有限元模型，得到修正后的第一当前最大应力值；

重复执行更新土壤参数和施工参数的过程，直到修正后的第一当前最大应力值吻合历史实测最大应力值，得到第二沉管有限元模型，并获取所述第二沉管有限元模型输出的油气管道的第二当前最大应力值；

判断所述第二当前最大应力值是否小于许用应力值；

若否，更新管道参数和施工参数，得到新的沉管参数，并根据新的沉管参数建立新的沉管有限元模型，得到修正后的第二当前最大应力值；

重复执行更新管道参数和施工参数的过程，直到修正后的第二当前最大应力值小于所述许用应力值，得到第三沉管有限元模型，其中，所述第三沉管有限元模型的沉管参数用于指导施工现场。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述油气管道本体采用abaqus软件中的一阶剪切变形梁单元模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉管有限元模型为abaqus非线性有限元模拟软件建立的模型。

4.一种基于有限元的油气管道沉管施工应力校核设备，其特征在于，包括：

第一建模模块，用于根据沉管参数建立第一沉管有限元模型，并获取所述第一沉管有限元模型输出的油气管道的第一当前最大应力值，所述沉管有限元模型满足如下条件中的至少一种：假设油气管道足够长，起始下沟点下沟时不会对油气管道端部产生影响；油气管道两端采用自由约束；沉管下沟过程中，油气管道与土体之间的支撑作用采用接触单元模拟；使用离散刚体模拟土体及支墩；通过将右侧土块下移模拟挖掘机开挖产生的不同沟底深度；所述沉管参数包括管道参数、土壤参数以及施工参数，所述管道参数包括管径、管道壁厚，弯管角度以及弯管尺寸；所述土壤参数包括土壤类型和摩擦系数；所述施工参数包括管沟参数，支墩设置参数，管道附加载荷；

第二建模模块，用于判断第一当前最大应力值是否吻合历史实测最大应力值；

若否，更新土壤参数和施工参数，得到新的沉管参数，并根据新的沉管参数建立新的沉管有限元模型，得到修正后的第一当前最大应力值；

重复执行更新土壤参数和施工参数的过程，直到修正后的第一当前最大应力值吻合历史实测最大应力值，得到第二沉管有限元模型，并获取所述第二沉管有限元模型输出的油气管道的第二当前最大应力值；

第三建模模块，用于判断所述第二当前最大应力值是否小于许用应力值；

若否，更新管道参数和施工参数，得到新的沉管参数，并根据新的沉管参数建立新的沉管有限元模型，得到修正后的第二当前最大应力值；

重复执行更新管道参数和施工参数的过程，直到修正后的第二当前最大应力值小于所述许用应力值，得到第三沉管有限元模型，其中，所述第三沉管有限元模型的沉管参数用于指导施工现场。

5.一种电子设备，包括：处理器和存储器；

所述存储器存储计算机执行指令；

所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述电子设备执行权利要求1至3中任一项所述的方法。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1至3任一项所述的一种基于有限元的油气管道沉管施工应力校核方法。

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