柔性立管静力分析

发布时间：2021-12-23 11:53

　　非粘结柔性立管的持续发展是支撑海洋石油工业进步的核心因素。它的主要优势是：能够承受由海流、涡激振动、浮体运动和安装等引起的载荷所产生的大变形。但非粘结柔性立管的复杂结构,使得对其分析变得比较困难。为了得到立管结构响应的各个重要方面,如层间摩擦滑移引起的能量耗散,滞后响应和疲劳损伤等等,需要更有效和更精确的方法。本文以平面应力状态的应力应变关系为基础,建立了求解非粘结柔性立管刚度的刚度矩阵。其中抗磨层、覆盖层等软管层用各向同性的弹性体在平面应力状态的应力应变关系；构架层因其大角度螺旋结构导致了力学性能变化,所以用正交异性的弹性体的平面应力状态的应力应变关系模拟。建立各层的刚度矩阵然后进行叠加,就得到了非粘结柔性立管总的刚度矩阵。理论模型的弊端是难以估计层间摩擦对非粘结柔性立管静态响应的影响,而层间摩擦正是导致静态响应为非线性的主要原因。为了考虑层间摩擦的影响,本文使用ABAQUS软件建立有限元模型进行计算。由于立管构架层的径向刚度很大,所以使用壳单元模拟,抗拉装甲层使用梁单元,其它层使用实体单元模拟。立管各层之间是三维接触,使用基于库伦摩擦模型的罚函数接触方法。本文比较了非粘结柔性立管理... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

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非粘结柔性管可作成几百米甚至几千米长的动态立管，从内壁到外壁，柔性立管的主要结构层依次为壳、内套、抗压装甲、抗拉装甲和外套。除了这五部分，还包括一些次级结构层，如抗磨层、中介层等。这些结构层共同组成了柔性立管的横剖面，图1.2

同时也就带立管顶部产生运动。截取立管长度为ds的一段，其上可能受到的载荷有拉力、扭矩、弯矩和内外压力。相应地，立管在载荷的作用下产生各种“位移”，包括:轴向位移u:、轴向扭转功、法向扭转笋二·切向扭转叭.和径向位移从.(图2.1)o因为允许各层产生不同的径向位移，所以有可能会出现层分离和鸟笼现象。因此采用小位移和小应变假设。u，~扮亡二扮、、共书’赏不__一斗一，〔耘二__图2.1立管变形图因为非粘结柔性立管结构复杂，为了便于理论推导，故将所使用的假设列举如下l)各层均采用线弹性、各向同性的匀质材料;2)轴对称载荷作用时，各层在管长方向上单位长度的伸长量和转角相同;3)不考虑各层间的摩擦作用;4)各部分产生的位移和应变均为小量;5)忽略各层分离和“鸟笼”现象;6)认为装甲层键的横截面的主挠曲轴始终与相邻层的表面垂直:7)同层各部分的半径、厚度变化相同【7]，[91、〔’“]。非结性柔性立管不同层的力学性能不同，下面分别推导各层的刚度矩阵。(l)各向同性层抗磨层和覆盖层可用平面应力应变状态下的各向同性层来模拟。对称载荷作用时

【参考文献】：
期刊论文
[1]弹性钢丝绳理论研究进展[J]. 王世文,冯继玲,杨兆建,阵风林.  力学进展. 1999(04)
[2]柔性立管的非线性动力分析[J]. 王安姣,陈加菁.  海洋工程. 1991(03)

硕士论文
[1]海洋复合材料柔性管的力学性能和优化设计[D]. 曾季芳.大连理工大学 2009
[2]高温高压条件下海洋立管的动态极值响应研究[D]. 赵丽刚.哈尔滨工程大学 2006



本文编号：3548430