海洋非粘結(jié)柔性管線的橫截面力學(xué)性能分析.pdf

1、海洋柔性管作為一種復(fù)合材料的管道,它具有彎曲剛度小、質(zhì)量輕、抗腐蝕以及抗疲勞能力強(qiáng)等特點(diǎn),在海洋石油工程中已經(jīng)得到了廣泛的研究和應(yīng)用。但是由于海洋柔性管設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的復(fù)雜性,目前世界上僅有幾家大型石油公司掌握了其關(guān)鍵技術(shù)。在我國(guó),由于海洋工程起步晚,對(duì)于柔性管的基礎(chǔ)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)工作還很少涉足。
　　 柔性管的主要分為非粘結(jié)柔性管與粘結(jié)柔性管,而前者是目前應(yīng)用的主要結(jié)構(gòu)形式。局部分析作為非粘結(jié)柔性管設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要內(nèi)容,其目的

2、是通過(guò)建立局部力學(xué)模型,來(lái)預(yù)測(cè)研究橫截面力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)中的載荷分布、失效模式等力學(xué)特性。然而由于非粘結(jié)柔性管中層與層之間的摩擦、接觸等現(xiàn)象,使得非粘結(jié)柔性管具有嚴(yán)重的非線性特性,加大了研究的難度。近二十年來(lái),大量學(xué)者在線性化假設(shè)、忽略摩擦效應(yīng)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了很多簡(jiǎn)化條件下的解析求解。但這些結(jié)果在實(shí)際應(yīng)用時(shí),往往具有較大的局限性,因此開(kāi)展非粘結(jié)柔性管的局部非線性力學(xué)特性研究顯得十分重要與迫切。
　　 本文將嘗試使用有限元方法來(lái)進(jìn)行

3、非粘結(jié)柔性管橫截面力學(xué)性能的預(yù)測(cè)。在分析中,我們考慮了這個(gè)層合結(jié)構(gòu)的層間摩擦、接觸作用。為了避免采用隱式算法時(shí)大量接觸造成的收斂問(wèn)題,我們選用了動(dòng)態(tài)顯式算法來(lái)模擬這個(gè)靜態(tài)問(wèn)題(即準(zhǔn)靜態(tài)分析)。通過(guò)詳細(xì)的研究分析,我們建立了較為準(zhǔn)確的柔性管局部有限元模型,并在研究討論了如何保證準(zhǔn)靜態(tài)模擬結(jié)果準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上,計(jì)算得出了柔性管在一端剛性固定情況下的橫截面拉伸剛度、順時(shí)針扭轉(zhuǎn)剛度、逆時(shí)針扭轉(zhuǎn)剛度、彎曲剛度,并且與已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,為今后