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非黏结柔性管道作为深水油气开发领域的关键设备,是连接海底井口和海洋平台的主要纽带。海洋油气开发水深已经超过了3 000 m,高静水压力是深水软管设计和安全评价的主要挑战,明确深水柔性管道压溃失效机理,并准确地预测柔性管道的压溃压力可以为柔性管道结构设计和安全评价提供依据,柔性管道的压溃压力与骨架层的几何形状以及骨架层之间复杂的相互作用有关,准确高效地预测压溃压力变得极具挑战性。针对柔性管道失效机理研究和压溃压力预测方法进行了总结,指出当前柔性管道压溃失效分析中薄弱的环节,为我国非黏结柔性管道的结构设计和安全评价提供参考。 相似文献
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腐蚀是管道常见的缺陷形式之一,会极大降低管道的压溃压力,同时深海环境下高静水外压易引发管道压溃失效,威胁管道的安全运行,因此准确预测管道压溃压力显得尤为重要。采用数值模拟方法研究了含腐蚀缺陷的高强钢厚壁管道压溃失效模式,分析了管材、管道径厚比、腐蚀深度、长度和宽度等参数对高强钢厚壁管道压溃压力的影响规律。分析结果表明:管道径厚比愈大,对厚壁管道的承压能力提升愈显著;腐蚀缺陷的存在对管道压溃压力具有减小作用;随着管道材料等级的提升,压溃压力有明显提高。提出了相应的压溃压力预测公式,为厚壁管道完整性评价提供了参考依据。 相似文献
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本文以研究压溃理论的适用性为目的,以有椭圆度的钢管为研究对象,采用理论、有限元、实验相结合的方式,进行均匀外压作用下管道结构压溃失效的研究。整理了目前运用较为广泛的三种压溃理论模型,分别为弹性压溃理论、塑性压溃理论与规范经验公式。并基于ABAQUS软件,建立有椭圆度的钢管模型进行外压压溃模拟,得到不同径厚比D/T钢管的极限压溃值,并进行实验验证了有限元模型的正确性。对比不同压溃理论模型的计算值与有限元结果确定不同理论模型的适用性,获得以下结论:弹性压溃理论适用于径厚比D/T≥40的情况;塑性压溃理论的计算结果偏于保守,计算值均小于有限元结果;DNVGL-ST-F101规范适用适用径厚比D/T≥15的压溃值预测,是目前适用范围最广的公式。本文可为海底管道的抗压溃分析的理论研究提供参考。 相似文献
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基于ABAQUS的海底管道静水压溃压力的敏感性分析 总被引：1，自引：0，他引：1
局部屈曲压溃是海底管道发生稳定性破坏的一种形式,随着管道的刚度相对越来越柔,厚度相对越来越薄,管道发生屈曲压溃的问题也越来越突出。运用ABAQUS有限元分析软件进行管道的非线性屈曲分析,确定不同径厚比、初始椭圆度、轴向拉力和弯矩作用下的管道静水压溃压力,以分析静水压溃压力对这些因素的敏感性。 相似文献
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针对深海管道在侧向静水压条件下发生局部屈曲压溃的情况,研究了关于管道前屈曲阶段变形响应和压溃压力的计算方法。假定管道前屈曲阶段发生沿轴向均匀一致的椭圆度变形,建立基于圆环的力学模型,考虑几何大变形和材料的弹塑性本构关系,利用虚功原理建立平衡方程。通过选用合适的位移离散函数对方程组数值离散,并利用牛顿法进行数值求解,得到含椭圆度缺陷的管道截面的变形响应和压溃压力。通过试验、有限元分析和规范对理论计算结果进行了对比验证,证明该方法精度可靠,与事实吻合。最后,计算了初始椭圆度缺陷对不同径厚比管道的压溃压力的影响。 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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为了探索不同径厚比海底管道的压溃屈曲特性，本文分别采用挪威船级社（Det Norske Veritas,DNV）规范、有限元模拟和深海压力舱模型试验，研究不同径厚比海底管道承载外部水压的能力，并就DNV规范压溃屈曲计算公式对不同径厚比管道的适用性进行了讨论，优化了小径厚比海底管道压溃屈曲的设计方法。研究表明：小径厚比管道的压溃屈曲临界压力对管道径厚比的变化更敏感；DNV规范计算小径厚比管道的压溃屈曲临界压力偏小，在进行深海管道的压溃屈曲设计时，建议采用模型试验结合有限元模拟的方法，计算管道实际可提供的压溃屈曲承载力。 相似文献
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LNG低温复合软管结构复杂,且在运行时受风、浪、流等多种载荷联合作用,其在超低温环境下的力学性能直接关系到其能否安全运行。首先参考江苏某软管公司生产的4英寸LNG低温复合软管,建立软管精细化有限元模型,接着对软管在拉伸、扭转两种轴对称载荷作用下的力学性能进行研究,最后就软管结构尺寸对其力学性能的影响展开分析。结果表明：在拉伸及扭转载荷作用下,不同层芳纶布以及同层芳纶布不同材料主方向在对应波峰、波谷处的受力情况不同。芳纶布铺设角度、芳纶布铺设层数、钢丝螺距以及钢丝直径对复合软管力学性能影响显著,分析相应的灵敏度规律从而对结构尺寸做出调整。研究成果可以为LNG低温复合软管的结构设计提供参考。 相似文献
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运行在恶劣环境中的海底管道,往往受到内压、轴力和弯矩等复杂荷载的联合作用。腐蚀会导致管壁局部变薄,降低管道极限承载力。为保证管道安全高效运行,准确预测和分析复杂荷载作用下的塑性极限承载力和变形行为就显得尤为重要。考虑大应变和大变形、应力强化和材料非线性,运用数值仿真软件建立腐蚀缺陷管道的三维实体有限元模型,在全尺寸管道破坏试验验证的基础上,对腐蚀管道在内压、轴向压力和弯矩相互作用下的失效模式和极限弯矩承载力进行了相关研究,并进行了腐蚀缺陷几何参数的敏感性分析。研究结果表明:初始内压和初始轴向压力会显著降低腐蚀管道的极限弯矩承载力,并且影响最终的失效模式;在腐蚀缺陷几何尺寸参数中,腐蚀宽度比腐蚀深度和腐蚀长度的影响更大。 相似文献
10.
鉴于海底管道的服役水深越来越深,主要采用犁式挖沟机对预铺设于海床之上的海底管道采取后挖沟的方式将海底管道埋设于海床之下,以保护其免受不必要的损伤。针对后挖沟深度H是海底挖沟机的重要设计参数,也是影响管道悬跨的重要因素的问题,对SMD(UK)犁式挖沟机展开参数优化,确保作业过程中悬跨段管道在外部静水压力作用下,海底管道不会发生屈曲破坏。采用ABAQUS软件,分别建立了作业前和作业中两种工况下的悬跨模型,分析机械手对接触部分管道的损伤,结果显示,作业中的机械手对悬跨管道的损伤更大;同时,建立了作业中不同管径下,后挖沟深度对管道损伤的安全裕量关系曲线。进一步,结合作业中不同挖沟深度下的管跨段屈曲数值模型,对处于外部静水压力作用下的悬跨管的屈曲失效展开分析,结果显示,随着后挖沟深度的加大,不同管径下的悬跨段管道局部出现塑性压溃的临界压力值不断降低;管道外径的增大,降低了同一后挖沟深度下发生屈曲失效的压力值。最后,在后挖沟深度与外部静水压力组成的区域内,建立屈曲失效临界关系曲线,并划分出工作区和压溃区,为深海管道后挖沟埋管的施工提供工程参考。 相似文献
11.
采用卷管法进行海底管道铺设过程中，管道首先通过牵引作用上卷于卷筒进行储存。管道与卷筒发生非线性接触，可能会产生复杂的塑性变形和局部屈曲。通过全尺寸柔性管力学性能试验获得柔性管轴力—应变以及弯曲—曲率等非线性力学性能关系，将试验所得的非线性材料性能参数导入建立的两种柔性管上卷ABAQUS有限元模型（梁—实体单元模型与壳和桁架—实体单元模型），实现柔性管较大轴向抗拉刚度和较小抗弯刚度的同步模拟以及管道与卷筒的非线性接触响应特征。通过对比分析两种有限元模型数值模拟得到的管道弯矩、弯曲曲率、管道轴力、管道与卷筒的接触压强等数据，发现在管道上卷过程中管道沿副法线方向的SM3弯矩占据其弯曲变形主导地位；管道与卷筒之间的摩擦效应对于管道轴力的影响较为显著；管道与卷筒的最大接触压强主要发生在卷管过渡段区域。 相似文献
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The unbonded flexible pipe of eight layers,in which all the layers except the carcass layer are assumed to have isotropic properties,has been analyzed.Specifically,the carcass layer shows the orthotropic characteristics.The effective elastic moduli of the carcass layer have been developed in terms of the influence of deformation to stiffness.With consideration of the effective elastic moduli,the structure can be properly analyzed.Also the relative movements of tendons and relative displacements of wires in helical armour layer have been investigated.A three-dimensional nonlinear finite element model has been presented to predict the response of flexible pipes under axial force and torque.Further,the friction and contact of interlayer have been considered.Comparison between the finite element model and experimental results obtained in literature has been given and discussed,which might provide practical and technical support for the application of unbonded flexible pipes. 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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This paper presents analytical and numerical researches on the buckling or collapse of offshore pipelines under external hydrostatic pressure. Firstly the case of homogeneous ring model is investigated followed by a detailed study on corroded rings. The elastic-plastic collapse pressure could be treated as the least root of an elementary function. We prove that collapse pressure is a strictly increasing function of mode number in this paper and present some interesting structures of the roots. Partially corroded ring is parametrized by corrosion depth and angle extent. A comprehensive comparison shows that plasticity should not be neglected when the ring is thick-walled. Moreover, a study on large deflection deformation of 3D cylindrical shells quasi-statically dented under constant external pressure is carried out theoretically and numerically. The buckle propagation pressure is shown to be a meaningful value to normalize external pressure. This paper serves to enhance the understanding of destabilizing effect of external pressure mainly applicable and relevant to subsea offshore industry. 相似文献
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Ole Fabian 《Ocean Engineering》1981,8(3):295-330
A study of the elastic-plastic collapse behaviour of long, cylindrical tubes subjected to combined bending and pressure load is presented.Besides the plastic properties of the tube material, the non-linearities accounted for in the analysis cover the Brazier effect and the influence of geometrical imperfections. The imperfections considered are given either by initial ovalization of the tube cross-section or in terms of initial, short-wave axial buckles. Related to ocean pipe laying, i.e. for thick-walled tubes under combined bending and external pressure load, initial ovalization proves to be by far the more severe type of imperfection. 相似文献