تحلیل کمانش رو به بالا خطوط لوله دریایی به روش عددی و تحلیلی

پیشرفت تکنولوژی در جهان نیاز به انرژی را افزایش پیدا داده است و همچنین با در نظر گرفتن ارزان بودن سوخت¬های فسیلی مانند نفت و گاز، تقاضا برای این انرژی¬ها افزایش چشمگیری پیدا کرده است. این امر موجب افزایش تقاضا برای استخراج مواد هیدروکربنی و همچنین افزایش نیاز به خطوط لوله برای انتقال این مواد شده است. فرآورده های نفتی برای انتقال راحت نیاز به دما و فشار بالا دارند. وجود دما و فشار داخلی در لوله ها منجر به افزایش طول لوله شده که این امر حرکت لوله بر روی خاک را در پی دارد. حرکت لوله بر روی خاک و وجود اصطکاک بین خاک و لوله ممکن است باعث کمانش لوله شود. خطوط لوله مدفون در مقابل کمانش جانبی مقید شده اند، به همین دلیل کمانش رو به بالا در ابن خطوط محتمل است.کمانش رو به بالا در خطوط لوله می تواند موجب آسیب های جدی به خط لوله گردد، بنابراین بررسی کمانش خط در اثر فشار و حرارت سیال داخلی دارای اهمیت فراوان است. در این پایان نامه، مسئله کمانش رو به بالا در خطوط لوله با در نظر گرفتن اندرکنش خاک- سازه و خوردگی بررسی شده است و رفتار پس کمانش آن تحت اثر فشار و حرارت سیال داخلی به روش عددی و تحلیلی مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای این کار از نرم افزار المان محدود opensees با در نظر گیری اثرات غیر خطی هندسی و مصالح استفاده شده است. برای چندین نمونه مختلف لوله با قطر و ضخامت مختلف، رفتار کمانشی لوله تحت اثر حرارت و فشار مانیتور شده است و نمودار های تغییر مکان-حرارت و تغییر مکان-نیرو برای حالات مختلف سربار، نقص اولیه های مختلف و مشخصات مکانیکی مختلف خاک، عمق مختلف دفن لوله، وزن موثر مختلف و خوردگی استخراج شده است. صحت سنجی مدل عددی به کمک مقایسه نتایج با روابط تحلیلی و کارهای پیشین در این زمینه، انجام شده است. همچنین به کمک یک مدل تحلیلی، تحلیل کمانش خط لوله بر روی یک بستر انعطاف پذیر انجام شده است و نتایج حاصل از حل تحلیلی با نتایج مدل عددی مقایسه و انطباق قابل قبولی مشاهده گردید. در روش تحلیلی جابجایی خط لوله با استفاده از معادله تعادل جزء خط لوله بدست آمده است که معادله دیفرانسیل حاصل به صورت فرم بسته حل گردیده است، سپس با استفاده از انرژی پتانسیل کل سازه مقدار بار کمانشی سازه بدست می آید. اثر فشار و حرارت در طول لوله و بلند شدگی سازه از روی خاک در روش تحلیلی دیده شده است. با بررسی نتایج، این برداشت انجام شده است که رفتار کمانشی و پس کمانشی خطوط لوله به شدت تحت تاثیر مشخصات مکانیکی لوله و خوردگی می باشد. همچنین ملاحظه گردید که تاثیر خاک های ضعیف بر رفتار کمانشی و پس کمانشی لوله ها قابل توجه است ولی برای خاک های متوسط تا قوی، نتایج تفاوت چندانی با بستر صلب ندارند.