海洋柔性立管弯曲限制器非线性建模及参数敏感性分析

发布时间：2022-02-05 06:56

　　为防止柔性立管在应用过程中发生过度弯曲,设计弯曲限制器对立管进行保护。针对海洋立管弯曲限制器所受荷载以及工况要求,采用有限元分析软件对弯曲限制器及立管组合结构进行非线性建模,讨论设计参数和材料参数对其自身防止立管弯曲性能的影响。根据曲率变化和应力分布情况进行性能评估及优化,得到相应结论,对弯曲限制器的设计提供一定的支持与参考。 

【文章来源】：中国海洋平台. 2020,35(01)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

立管一弯曲限制器系统受力示例

弯曲限制器的基本原理是，在外力作用下，当弯曲限制器达到锁死状态后，其将由可变形结构变成刚性结构，从而限制包含其中的立管继续弯曲以避免立管发生破坏失效。由于立管与弯曲限制器均为柔性结构，在服役期间受重力、浮力、张力等外荷载影响下，几何形态将不断变化，因此须考虑大变形以及接触非线性过程。具体过程将通过有限元法进行数值模拟分析。根据API规范建立弯曲限制器与立管组合结构的简化三维模型，采用实体单元进行模拟。针对立管与弯曲限制器之间、相邻弯曲限制器之间存在的接触，采用罚函数进行约束，设置相邻接触面均为面面接触，取摩擦因数为0.1[9]。为便于观察模型中部应变及应力，模型建立时将模型沿中心轴截开，并在前端平面设置固定端约束，在截平面设置径向位移与转角约束，弯曲限制器和立管的有限元模型如图2所示。弯曲限制器材料为聚氨酯，考虑其本构关系为线弹性材料，柔性立管与弯曲限制器的材料参数[10]如表1所示。3 设计参数的优化

图3为连接后的两个弯曲限制器轴向截面图，根据形状特征将弯曲限制器分为头部、颈部和尾部。在图3中：1～10号边分别为截面图中影响弯曲限制器几何形状的控制边，各边基本尺寸如表2所示，其中1、2、3号边控制弯曲限制器头部形状，4、6号边控制弯曲限制器颈部形状，5、7、8、9号边控制弯曲限制器尾部形状。为考虑各部分几何形状对弯曲限制器力学性能的影响，取各部分关键设计参数3号边、4号边、9号边长度进行研究。3.1 3号边对弯曲限制器防弯效果的影响

【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋柔性立管弯曲加强器参数敏感性分析[J]. 荆彪,朱克强,杨然哲.  海洋工程. 2016(03)
[2]柔性软管弯曲限制器的设计[J]. 安世居,杨强,白海洋,梁威,冯岩.  油气储运. 2016(05)
[3]基于异形梁模型的海洋柔性管缆防弯器数值模拟[J]. 席勇辉,阎军,杨志勋,郭宏,屈衍,李阳,赵娜.  计算机辅助工程. 2014(03)
[4]聚氨酯弹性体在海洋石油管道中的应用[J]. 杨加栋,张晓灵,杜宝银,相政乐,蒋晓斌.  聚氨酯工业. 2010(04)

硕士论文
[1]柔性立管静态构型分析及防弯器设计[D]. 姬鸾.大连理工大学 2013



本文编号：3614778