内压与横向荷载联合作用下钢丝缠绕增强橡胶软管力学性能研究

发布时间：2020-12-08 23:49

　　海底石油资源是海底能源的重要组成,目前我国正在加大力度进行海洋石油的开发,而海底输油管线是海洋石油开采工程的重要组成部分。海底输油软管是由不同功能层组合而成的新型复合管线,相对于传统的钢管外敷混凝土管线而言,软管具有耐腐蚀性、挠性以及安装方便等优点。在国外,这种复合软管已应用于石油开采等领域,但其价格较高。鉴于海底输油软管的优良特性,我国研制开发出价位相对合理的钢丝缠绕增强橡胶软管,其特性优于传统的钢质管线。出于对深海使用条件及海洋环境安全等方面的考虑,钢丝缠绕增强橡胶输油软管尚未投入使用,需要首先对其力学性能以及可靠性进行相关研究。本课题来源于辽宁省科技厅博士启动基金项目(L20101089),针对我国研制开发的海底输油软管,采用理论研究与数值模拟相结合的技术路线,对其在各种功能荷载作用下的静力响应以及力学性能进行相关研究,并提出以下结论。(1)增强层本构关系的研究是海底输油软管力学分析的基础。运用材料力学分析中回形模型预测管线增强层的弹性常数,通过坐标变换,提出了管线增强层在结构坐标系下的刚度矩阵；然后运用宏观复合材料力学探讨了软管截而内力与中性层应变之间的关系,从而提出软管内任意... 

【文章来源】：沈阳建筑大学辽宁省

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 前言
        1.1.2 传统海底管线功能失效原因
        1.1.3 海底输油软管的优越性
    1.2 复合管的研究现状
        1.2.1 复合管的发展动态
        1.2.2 复合管的种类、结构和特点
        1.2.3 钢骨架增强复合管
    1.3 钢丝缠绕增强复合管研究进展
    1.4 本文的主要目的和研究内容
第二章 海底输油软管本构关系分析
    2.1 前言
    2.2 软管的结构特征
        2.2.1 相内各组分工程弹性参数
        2.2.2 基本假设
    2.3 钢丝缠绕增强层单层板的本构关系
        2.3.1 回型模型
        2.3.2 单层板的工程常数预测
        2.3.3 柱坐标系的工程弹性常数
    2.4 海底输油软管的弹性特征
        2.4.1 基本假设
        2.4.2 软管的整体刚度矩阵
    2.5 小结
第三章 软管在内压和横向荷载作用下的静力响应解析解答
    3.1 前言
    3.2 模型参数
    3.3 假设与理论分析
    3.4 管线的理论分析
        3.4.1 在内压作用下钢丝增强橡胶管的静力响应
        3.4.2 在横向荷载作用下钢丝增强橡胶管的静力响应
    3.5 小结
第四章 参数化有限元模型的建立
    4.1 前言
    4.2 有限元法模型
        4.2.1 ANSYS简要介绍
        4.2.2 模型的结构与特性
        4.2.3 单位制和坐标系的选择
        4.2.4 软管单元类型的选择
        4.2.5 具体建模过程
    4.3 软管的几何参数对建模过程的影响
        4.3.1 钢丝在橡胶中的缠绕角对建模过程的影响
        4.3.2 橡胶层-钢丝-橡胶层之间对建模过程的影响
        4.3.3 管线内部状态对建模过程的影响
    4.4 小结
第五章 输油软管静力响应分析
    5.1 有限元法计算结果与试验结果的比较实例
    5.2 钢丝最佳平衡缠绕角的研究
    5.3 静力性能的结果分析与研究
        5.3.1 横向荷载作用下软管力学性能分析
        5.3.2 内压作用下软管力学性能分析
        5.3.3 管线悬跨长度对管线力学性能的分析
    5.4 小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
作者简介
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：2905897