海洋软管轴向压缩破坏的简化模型

发布时间：2020-12-13 22:06

　　由于复合材料几何复杂性与层间接触的影响,海洋软管轴向压缩破坏的数值计算极为复杂、耗时。在此提出了海洋软管轴向压缩破坏简化模型,在等效刚度的前提下,将8层的管截面简化为5层。通过刚度校核和实验对比验证了简化方法的合理性与实用性,且基于简化模型研究了软管轴向压缩破坏响应。该简化模型改善了非线性分析的收敛性,提高了计算效率。结果表明:当抗磨层和外保护层达到材料屈服强度时,内外抗拉铠装层迅速径向膨胀出现分离间隙;当抗磨层和外保护层达到材料极限强度时,抗磨层和外保护层发生破坏,内外抗拉铠装层出现最大分离间隙,软管失去轴向抗压缩能力。该简化模型可模拟海洋软管轴向压缩破坏,可为海洋软管的设计与安装提供技术支撑。(图12,表3,参20) 

【文章来源】：油气储运. 2020年05期 北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

海洋软管层的简化分类示意图

为了保证等效层简化前后刚度的正确性，采用数值模拟方法进行验证。采用壳单元（S4R）分别建立等效前4层与等效后1层的数值模型（图2）。对两种数值模型在轴向压缩、扭转、弯曲及内压作用下的刚度响应进行对比分析。等效层对轴向压缩载荷的影响可以忽略，该模拟验证认为是线弹性的。经软件模拟可得到1层模型与4层模型的各项刚度曲线（图3）。可见，1层模型与4层模型的刚度基本相同，其轴压刚度、扭转刚度、弯曲刚度、径向刚度的误差分别为5.1%、1.3%、1.6%、2.6%。4层模型计算需742.3 s，而1层模型计算仅需9.1 s，等效后的1层模型大大节省了计算时间。这是由于1层模型的单元数量较少且无层间接触，求解稳定性好，计算效率较高。因此，等效简化方法是合理的。

等效层对轴向压缩载荷的影响可以忽略，该模拟验证认为是线弹性的。经软件模拟可得到1层模型与4层模型的各项刚度曲线（图3）。可见，1层模型与4层模型的刚度基本相同，其轴压刚度、扭转刚度、弯曲刚度、径向刚度的误差分别为5.1%、1.3%、1.6%、2.6%。4层模型计算需742.3 s，而1层模型计算仅需9.1 s，等效后的1层模型大大节省了计算时间。这是由于1层模型的单元数量较少且无层间接触，求解稳定性好，计算效率较高。因此，等效简化方法是合理的。1层模型与4层模型的刚度结果吻合很好，表明Matlab计算的等效层材料参数是可靠的。将Witz[16]实验研究的8层管截面等效简化为5层，得到简化模型的基本参数（表3）。

【参考文献】：
期刊论文
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[4]轴压下非黏结柔性立管响应特性的数值计算方法[J]. 任少飞,唐文勇,薛鸿祥.  上海交通大学学报. 2014(04)
[5]深水无粘结柔性管抗拉伸层屈曲问题研究进展[J]. 杨旭,孙丽萍,艾尚茂.  海洋工程. 2013(01)
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硕士论文
[1]非粘结柔性管不同建模方式的适用性研究[D]. 庞国良.华南理工大学 2017



本文编号：2915254