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近年来海洋复合柔性管道逐渐在海洋工程中崭露头角。相对于钢管,复合柔性管凭借其弯曲性能好、重量轻、抗腐蚀能力强等一系列优异的性能在油气开采领域不断受到青睐。本文研究对象为一种三层粘结型玻璃纤维增强的热塑性复合柔性管,该类型管道包含外保护层(高密度聚乙烯HDPE)、中间复合材料增强层以及内衬层(高密度聚乙烯HDPE)。研究内容主要基于三维弹性理论和复合材料层合板理论,建立了玻纤增强热塑性复合柔性管的理论计算模型,推导了复合柔性管在轴对称载荷作用下的平衡微分方程,主要分析了管体在内压载荷作用下的应力与变形规律,并将理论计算结果与ABAQUS数值模拟结果进行比较分析,结论表明理论计算与数值仿真结果具有较好的一致性。最后基于该理论模型,研究了内衬层(外保护层)与增强层相对厚度对柔性管应力和变形的影响规律,结果表明管道的增强层为主要承载构件,在增强层纤维方向的应力远大于其他方向的应力,随着增强层从内向外扩展,纤维方向的应力逐渐减小,且内衬层(外保护层)厚度对管道整体的力学性能几乎没有影响。 相似文献
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为探究轴压作用下双金属复合海底管道的组合作用与承载性能,对双金属复合海底管道进行了试验研究和理论分析。开展了不锈钢衬管材料性能试验,对比了国际主流不锈钢本构关系模型和试验结果。利用ABAQUS建立了精细化的双金属复合管道轴压试验有限元模型,系统研究了关键参数如复合工艺产生的环向复合应力、钢管初始缺陷幅值等对双金属复合管在轴压作用下力学性能的影响规律。通过对比已有轴压双金属复合管道试验结果,验证有限元模型。基于验证的有限元模型,对轴压作用下双金属复合管道的组合作用以及径厚比和材料强度对承载力的影响进行了分析。结果表明双金属复合管道的轴压极限承载力主要取决于基管的截面屈服荷载,并随着管径和材料强度的提高而增大。并依据分析结果对双金属复合海底管道的设计提出建议。 相似文献
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玻纤增强柔性管作为一种新型海底油气输送管道,具有比强度高、柔度大和抗腐蚀性强等特点,因此在深海油气开发中具有非常广阔的应用前景。玻纤增强柔性管主要由内衬层、增强层和外保护层组成,其中增强层的等效模拟是玻纤增强柔性管设计成功与否的关键。根据玻纤增强柔性管的结构特征和材料特性,选取了四种不同的等效简化模型,对比研究了玻纤增强柔性管在轴向拉压荷载、弯曲荷载以及内压荷载作用下的力学性能。将不同简化模型的计算结果与相应的试验数据进行对比,进行等效模型的优选。研究结果表明,在内压载荷和弯曲载荷作用下,基于Halpin-Tsai模型数值结果与试验结果最为接近。在轴向载荷作用下,采用分离式模型或回形模型计算精度更高,若材料达到屈服状态时,则建议采用分离式模型进行模拟。 相似文献
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海洋新型纤维增强热塑性立管因其可盘卷、耐腐蚀、耐疲劳和轻质化等优点,在深水油气开发中应用前景十分广阔。热塑性立管具有复合材料的各向异性、受力耦合效应及复杂的本构关系,且承受浮体运动和复杂海洋环境载荷,其失效模式尚未明确。针对轴对称载荷作用下纤维增强热塑性立管极限承载力问题,进行热塑性管稳态热传导和热应力的理论推导,求解了稳态温度和应力分布,首次给出了在任意温度载荷作用下管体径向位移的解析解,并直接求解其径向、轴向、环向和剪切应力。采用各向同性层Von Mises和各向异性层最大应力（Max Stress）准则或Tsai-Hill准则判定热塑性管的失效,基于应力分布、失效准则和二分法计算了热塑性管的极限载荷。温度载荷、纤维铺设角度和径厚比对管道的应力分布影响显著。不同温度载荷会改变失效指数沿径向的变化趋势,增大轴向拉力将增大热塑性管的失效指数,选用不同的失效准则在管体失效判定上存在一定的差异。热塑性管温度越低、纤维铺设角越小及径厚比越大,管道对轴向拉伸载荷的承载能力越强。 相似文献
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以一种黏结型的纤维增强柔性管作为研究对象,基于ABAQUS建立纤维增强柔性管的实体单元模型。根据二维 Hashin失效判据判断柔性管失效情况,充分考虑管道内外护套层塑性及纤维增强层复合材料渐进失效,建立纤维增强柔性管的压溃数值模型。将特征值法与弧长法相结合,计算得到了较为精准的纤维增强柔性管临界压溃压力及对应的外压—椭圆度曲线;并对影响柔性管临界压溃压力的几个敏感性参数如椭圆度、纤维缠绕角度、直线度进行分析。研究结果表明椭圆度和直线度偏差的增大及纤维缠绕角度的降低均会使柔性管的临界压溃压力下降,该结果对纤维增强柔性管的设计与使用均具有一定的参考意义。 相似文献
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海底双层管单层连接管道结构受力分析 总被引：1，自引：0，他引：1
粘性高的海洋石油通常需要通过海底保温管道加温输送.温度变化会引起管道变形,并在管壁内产生较大的温度应力.同时,管道正常运营期间还受到管道内压、外压、管内流体粘滞力和土体摩擦力等环境荷载的作用.复杂的环境可能导致海底管道轴向应力过大发生破坏.为了提高铺管效率,提出了双层管单层连接管道这一特殊管道形式,并从理论上分析温度变化和环境荷载对该管道的影响,计算正常运行时管道不同位置处横截面内最大Von-Mises应力.最后得到了Von-Mises应力沿管道轴线分布情况,发现内管和单层连接管的应力一般比外管大,变径管和内管的焊缝处是Von-Mises应力最大的地方. 相似文献
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建立深海非粘结柔性管新型力学数值分析模型,分析其在复合载荷工况下的力学性能。深海非粘结柔性立管是深水资源开发的关键设备,安装成本低,适用于恶劣深海环境。然而,由于非粘结柔性管本身的结构型式复杂以及层与层之间的摩擦、接触等诸多强非线性特性,使其局部力学性能分析面临众多挑战。研究针对非粘结柔性立管特殊的结构型式,建立一个高效的数值分析模型,对其刚度进行数值求解并与实验结果进行对比,探讨了内压和拉伸、扭转、弯曲的组合载荷工况和拉扭组合载荷工况对非粘结柔性立管刚度的影响。研究表明,本文所建立的简化模型计算结果与实验结果吻合较好。此外,柔性立管所受到的内压可以在一定程度上增加非粘结柔性立管的刚度;拉扭组合载荷工况使非粘结柔性立管的拉伸刚度降低明显,而使其扭转刚度少量增加,总体上较单一载荷工况更加危险。 相似文献
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已有的管道极限弯矩承载力解析方法忽略了截面的椭圆化变形,且假设管道截面达到全塑性抵抗力,这对于薄壁管道是不合理的。针对这些不足,在已有解析解的基础上,考虑管道截面塑性区的椭圆化变形以及管道轴向与环向材料的各向异性,推导了管道在内压、轴向力和弯矩联合荷载作用下的极限弯矩承载力解析解。并通过定义材料屈服后不同的广义模量,提出了管道极限弯矩承载力的上限解析解和下限解析解。在此基础上,研究了材料各向异性系数、径厚比以及初始荷载等参数对极限弯矩承载力上限和下限解析解的影响,并得到了一些有益的结论。 相似文献
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《中国海洋大学学报(自然科学版)》2021,51(9)
非粘结柔性立管结构形式复杂,层与层之间涉及摩擦、接触等非线性特性,使其数值模拟方面很难同时保证效率与精度。针对柔性立管特殊的结构形式,本文建立不同角度螺旋键的非粘结柔性立管高效分析简化模型,通过Ansys workbench软件分析非粘结柔性立管在内压和拉伸、扭转、弯曲的组合荷载工况下螺旋键缠绕角度对其刚度的影响。结果表明:本文所建立的立管简化分析模型与立管原型的力学性能吻合较好,并且可以提高计算效率;螺旋键缠绕角度越大,立管的扭转刚度越大,拉伸刚度与弯曲刚度越小;内压的施加对拉伸刚度、扭转刚度和弯曲刚度是有利的,内压对于弯曲刚度有较明显的增加,对拉伸刚度和扭转刚度有较小程度的增加。 相似文献
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非黏结柔性管道骨架层由不锈钢材料互锁缠绕而成,主要用于抵抗外压防止软管发生压溃失效.骨架层失效是柔性软管故障的最大风险,骨架层失效模式主要分为压溃失效和拉伸失效.采用非线性有限元方法并且考虑几何大变形、材料非线性、接触和摩擦等非线性效应的影响,对"S"型骨架层结构建立三维有限元模型,进行了单外压作用下的压溃失效分析和单一轴向拉力作用下的拉伸失效分析,而后开展轴向拉力和外压载荷组合作用下骨架层压溃失效分析.结果表明轴向拉力会一定程度上降低骨架层压溃承载力,相关结论可以为柔性软管结构设计和完整性评价提供参考. 相似文献