基于SPH方法的埋地PE燃气管道挖掘破坏数值模拟研究

唐宇峰,史君林，李 涛

(1.四川轻化工大学 机械工程学院,四川 宜宾 644000；2.过程装备与控制工程四川省高校重点实验室，四川 宜宾 644000)

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随城镇化快速发展，诸如道路施工、地基开挖、基础夯土等第3方作用导致埋地管道损伤或破坏事故屡见不鲜，造成严重经济损失。其中，挖掘破坏导致管道损伤与破坏事故最为严重，且比例最大。目前，针对第3方挖掘造成管道破坏研究方法主要为有限元法：蓝朝逊等[1]将管道破坏分为接触、屈服、挖裂和挖穿4个阶段，并采用有限元法分析管道弯头在不同阶段力学响应；李军等[2]采用有限元分析基于应力与应变2种失效准则在管道失效过程中适用性；周立国等[3]采用ABAQUS分析挖掘载荷作用下燃气管道力学特征及动力响应；Neacsa[4]模拟分析不同挖掘及影响因素对管道损失影响。在挖掘作用下，管道受土体、斗齿等多方面综合作用力，出现裂纹扩展或破坏大变形，而基于网格的有限元法研究大变形问题时会产生网格畸变，即使采用网格重构技术，也存在计算费用昂贵，精度低甚至计算终止等问题。

光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)是1种新型纯拉格朗日无网格计算方法，在诸如流体、岩土、爆炸与冲击等计算力学领域得到广泛应用[5-11]，粒子间无网格连接，避免因大变形导致的网格畸变，以表征大变形过程实时运动状态。但在许多领域SPH仍处于起步阶段，尤其在挖齿-土体-管道等多方接触或冲击作用等领域。因此，本文基于SPH理论，建立挖齿-土体-管道间相互接触和冲击力学模型，分析土体和管道在挖齿作用下动态响应。……