深海柔性立管弯曲加强器力学建模及参数敏感性分析

发布时间：2022-01-01 07:06

　　柔性立管系统在深海资源开发中使用越来越广泛。弯曲加强器作为立管系统的重要构件,其设计和研究对立管系统在复杂工况下的正常作业有着十分重要的意义。同时考虑材料的非线性力学行为、几何大变形,以及弯曲加强器与立管之间的接触摩擦,建立典型三段式弯曲加强器-立管系统的三维非线性力学模型,并与工程常用线性简化模型结果进行对比,说明非线性力学建模的必要性。在此基础上,通过非线性计算对典型三段式弯曲加强器的关键结构设计参数进行敏感性分析。结果表明,弯曲加强器的各段长度比例、厚度等结构参数对系统工作性能都有一定影响,在弯曲加强器设计时应给予充分考虑。 

【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(11)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

弯曲加强器简化力学模型

根据设计规范API RP 17L2—2013[21]与工程实际,典型弯曲加强器结构是一种类似圆锥形的三段式构件,结构如图2所示。第1段为圆柱,是与刚性构件的连接与夹持部分;第2部分为圆台形,是弯曲刚度的过渡段;第3部分为圆柱,是弯曲加强器的自由端部分,主要用来防止弯曲加强器下端部分出现曲率局部过大。图2中模型立管外径为0.13 m,管壁厚0.01 m。弯曲加强器3段长度分别为0.2、2.5和0.3 m。在左侧齐平端对立管和弯曲加强器施加固定约束,在立管右侧自由端施加大小为18.5 kN的拉力,拉力方向与水平方向的夹角为30°。整体有限元模型如图3所示。对弯曲加强器材料模型参数的拟合:通过文献[22]中的拉伸试验数据(图4),拟合得到二项参数Mooney-Rivlin模型中所需参数,如图5所示,图中, A= 1 λ 1 ,B= t 1 2( λ 1 - 1 λ 2 ) 。拟合得到模型所需参数C10=15.929 2,C01=-0.210 7。

对弯曲加强器材料模型参数的拟合:通过文献[22]中的拉伸试验数据(图4),拟合得到二项参数Mooney-Rivlin模型中所需参数,如图5所示,图中, A= 1 λ 1 ,B= t 1 2( λ 1 - 1 λ 2 ) 。拟合得到模型所需参数C10=15.929 2,C01=-0.210 7。图4 聚氨酯应力-应变试验结果[22]

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]海洋柔性立管防弯器设计研究[D]. 孙凯.大连理工大学 2014
[2]海洋柔性管缆疲劳半物理仿真试验研究[D]. 席勇辉.大连理工大学 2012
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本文编号：3561865