Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Finite element modeling of lateral pipeline–soil interactions in dense sand
Le présent article décrit l’analyse par éléments finis (EF) de l’interaction pipeline-sol dans le cas de pipelines enfouis dans du sable dense soumis à des mouvements latéraux du sol. L’analyse est effectuée à l’aide de la méthode arbitrairement lagrangienne–eulérienne (ALE) disponible dans le logiciel ABAQUS-Explicit basé sur la méthode des éléments finis. L’analyse de l’interaction pipeline-sol est réalisée dans des conditions de contraintes planes à l’aide du modèle de Mohr–Coulomb (MC) et d’un modèle de Mohr–Coulomb modifié (MCM). Le modèle de MCM prend en compte un certain nombre de caractéristiques importantes du comportement contrainte-déformation des variations de volume du sable dense, notamment le comportement non linéaire pré-pic et post-pic avec transition douce et la variation de l’angle de frottement interne et de l’angle de dilatance avec la contrainte de cisaillement plastique, les conditions de chargement (contraintes triaxiales ou planes), la densité et la contrainte effective moyenne. En comparant les résultats de l’analyse par EF aux résultats expérimentaux, on montre que le modèle de MCM permet de mieux simuler le comportement force-déplacement d’une grande variété de déplacements latéraux du pipeline pour différentes profondeurs d’enfouissement, bien qu’il soit possible de déterminer la force de pointe à l’aide du modèle de MC. En analysant la formation progressive des zones de déformation importante par cisaillement non élastique (bandes de cisaillement), on démontre que l’angle mobilisé de frottement interne et l’angle de dilatance varient le long de la bande de cisaillement, même si l’on utilise des valeurs constantes dans le modèle de MC. En outre, on réalise une étude paramétrique exhaustive pour étudier les effets du diamètre du pipeline, de la profondeur d’enfouissement et des propriétés du sol. De nombreux aspects importants des courbes force-déplacement et des mécanismes de rupture sont décrits à l’aide des analyses par EF réalisées dans le cadre de la présente étude. [Traduit par la Rédaction]
Finite element (FE) analyses of pipeline–soil interaction for pipelines buried in dense sand subjected to lateral ground displacements are presented in this paper. Analysis is performed — using the Arbitrary Lagrangian–Eulerian (ALE) method available in Abaqus/Explicit FE software — in the plane strain condition using the Mohr–Coulomb (MC) and modified Mohr–Coulomb (MMC) models. The MMC model considers a number of important features and properties of stress–strain and volume change behaviour of dense sand including the nonlinear pre- and post-peak behaviour with a smooth transition and the variation of the angle of internal friction and dilation angle with plastic shear strain, loading conditions (triaxial or plane strain), density, and mean effective stress. Comparing FE and experimental results, it is shown that the MMC model can better simulate the force–displacement response for a wide range of lateral displacements of the pipe for different burial depths, although the peak force on the pipe could be matched using the MC model. Examining the progressive development of zones of large inelastic shear deformation (shear bands), it is shown that the mobilized angle of internal friction and dilation angle vary along the length of the shear band; however, constant values are used in the MC model. A comprehensive parametric study is also performed to investigate the effects of pipeline diameter, burial depth, and soil properties. Many important aspects in the force–displacement curves and failure mechanisms are explained using the present FE analyses.
Finite element modeling of lateral pipeline–soil interactions in dense sand
Le présent article décrit l’analyse par éléments finis (EF) de l’interaction pipeline-sol dans le cas de pipelines enfouis dans du sable dense soumis à des mouvements latéraux du sol. L’analyse est effectuée à l’aide de la méthode arbitrairement lagrangienne–eulérienne (ALE) disponible dans le logiciel ABAQUS-Explicit basé sur la méthode des éléments finis. L’analyse de l’interaction pipeline-sol est réalisée dans des conditions de contraintes planes à l’aide du modèle de Mohr–Coulomb (MC) et d’un modèle de Mohr–Coulomb modifié (MCM). Le modèle de MCM prend en compte un certain nombre de caractéristiques importantes du comportement contrainte-déformation des variations de volume du sable dense, notamment le comportement non linéaire pré-pic et post-pic avec transition douce et la variation de l’angle de frottement interne et de l’angle de dilatance avec la contrainte de cisaillement plastique, les conditions de chargement (contraintes triaxiales ou planes), la densité et la contrainte effective moyenne. En comparant les résultats de l’analyse par EF aux résultats expérimentaux, on montre que le modèle de MCM permet de mieux simuler le comportement force-déplacement d’une grande variété de déplacements latéraux du pipeline pour différentes profondeurs d’enfouissement, bien qu’il soit possible de déterminer la force de pointe à l’aide du modèle de MC. En analysant la formation progressive des zones de déformation importante par cisaillement non élastique (bandes de cisaillement), on démontre que l’angle mobilisé de frottement interne et l’angle de dilatance varient le long de la bande de cisaillement, même si l’on utilise des valeurs constantes dans le modèle de MC. En outre, on réalise une étude paramétrique exhaustive pour étudier les effets du diamètre du pipeline, de la profondeur d’enfouissement et des propriétés du sol. De nombreux aspects importants des courbes force-déplacement et des mécanismes de rupture sont décrits à l’aide des analyses par EF réalisées dans le cadre de la présente étude. [Traduit par la Rédaction]
Finite element (FE) analyses of pipeline–soil interaction for pipelines buried in dense sand subjected to lateral ground displacements are presented in this paper. Analysis is performed — using the Arbitrary Lagrangian–Eulerian (ALE) method available in Abaqus/Explicit FE software — in the plane strain condition using the Mohr–Coulomb (MC) and modified Mohr–Coulomb (MMC) models. The MMC model considers a number of important features and properties of stress–strain and volume change behaviour of dense sand including the nonlinear pre- and post-peak behaviour with a smooth transition and the variation of the angle of internal friction and dilation angle with plastic shear strain, loading conditions (triaxial or plane strain), density, and mean effective stress. Comparing FE and experimental results, it is shown that the MMC model can better simulate the force–displacement response for a wide range of lateral displacements of the pipe for different burial depths, although the peak force on the pipe could be matched using the MC model. Examining the progressive development of zones of large inelastic shear deformation (shear bands), it is shown that the mobilized angle of internal friction and dilation angle vary along the length of the shear band; however, constant values are used in the MC model. A comprehensive parametric study is also performed to investigate the effects of pipeline diameter, burial depth, and soil properties. Many important aspects in the force–displacement curves and failure mechanisms are explained using the present FE analyses.
Finite element modeling of lateral pipeline–soil interactions in dense sand
Moore, Ian (Autor:in) / Hawlader, Bipul / Roy, Kshama / Kenny, Shawn
2015
Aufsatz (Zeitschrift)
Englisch
Finite element analysis , sable dense , mouvement latéral , Shear strain , finite element analyses , Soils , Finite element method , pipeline , Models , Engineering models , Lagrange multiplier , modèle de Mohr–Coulomb , Usage , Geotechnology , Soil mechanics , dense sand , Mohr–Coulomb model , Pipe lines , analyses par éléments finis , Deformation , Eulers equations , lateral movement , Pipelines , Mechanical properties , Load
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