非粘合柔性立管整體分析及端部效應(yīng)數(shù)值模擬.pdf

1、隨著深水油氣田的陸續(xù)開發(fā)，非粘合柔性立管因其良好的柔性、易于安裝、抗腐蝕和耐高壓等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于目前的油氣產(chǎn)業(yè)。由于層間滑移的存在，柔性立管的彎矩-曲率關(guān)系呈現(xiàn)出明顯的非線性和遲滯現(xiàn)象。在整體分析方面，工程上傳統(tǒng)的做法是假設(shè)柔性立管的彎矩-曲率關(guān)系為線性，即采用完全滑移后的彎曲剛度。然而，這種做法不僅導(dǎo)致整體分析和疲勞分析的結(jié)果過于保守，還會影響柔性立管的有效設(shè)計。此外，端部配件是柔性立管系統(tǒng)的重要組成部分，在動態(tài)應(yīng)用中，立管與上部浮

2、體的連接屬于剛性連接，相連部位易產(chǎn)生較大的彎曲載荷，且沿管長方向的拖曳力會使立管承受較大的拉伸載荷，因此立管端部容易產(chǎn)生應(yīng)力集中和疲勞破壞。
　　本文的主要任務(wù)是確定一種適合深海采油的柔性立管整體分析方案并且對柔性立管抗拉鎧裝條帶的端部效應(yīng)進行數(shù)值模擬。
　　文中首先對柔性立管在整體分析中所需考慮的各種阻尼因素進行了系統(tǒng)地梳理與總結(jié)，包括流體阻尼、海底摩擦、遲滯阻尼和材料阻尼，并根據(jù)各自的特性給出了相應(yīng)的處理辦法。重點分析了

3、由層間滑移導(dǎo)致的遲滯阻尼，給出兩種處理方法，一是等效粘性阻尼法，二是Orcina模型法。
　　根據(jù)彎曲剛度和遲滯阻尼模擬的不同，本文采用三種模型:(1)線性彎矩-曲率關(guān)系與等效粘性阻尼法模型，EVDM-L模型;(2)非線性彎矩-曲率關(guān)系與等效粘性阻尼法模型，EVDM-N模型;(3)非線性彎矩-曲率關(guān)系與Orcina模型法模型，OM模型。通過比較三者的動態(tài)響應(yīng)結(jié)果發(fā)現(xiàn):在進行非粘合柔性立管的整體動力分析時，采用直接分析法最為適宜。<

4、br>　　本文建立了一種在軸向拉伸和恒定彎曲聯(lián)合作用下端部配件對柔性立管抗拉鎧裝條帶響應(yīng)影響的有限元分析模型。首先將不考慮摩擦作用時的結(jié)果與理論模型的結(jié)果對比驗證了數(shù)值模型的有效性，進而考慮了摩擦的影響。分析發(fā)現(xiàn):端部約束會顯著增加條帶端部的側(cè)向彎曲應(yīng)力，且隨著曲率的增加呈線性增加的趨勢;應(yīng)力大小與條帶的起始位置有關(guān)，最大值出現(xiàn)在受壓一側(cè)距中性軸最遠處;當(dāng)考慮摩擦?xí)r，該處的彎曲應(yīng)力減小，但隨著摩擦系數(shù)的增大，應(yīng)力值依然增大。此外，層摩擦