【摘要】：鋼帶纏繞復(fù)合管(SSRTP)由于其自身良好的特性,被越來(lái)越多的淺海管道工程師所青睞。SSRTP管在安裝及服役過程中,不可避免的會(huì)受到環(huán)境載荷及相應(yīng)的工作載荷,同時(shí)也會(huì)面臨一系列的不確定因素,這將給管道的安全使用帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)。為了確保管道在安裝及使用過程中的完整性及可靠性,需要仔細(xì)評(píng)估SSRTP管在不同載荷工況下的力學(xué)性能以及其相關(guān)的設(shè)計(jì)安全系數(shù)。本文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:1)SSRTP管在外壓作用下的屈曲失穩(wěn)基于實(shí)驗(yàn)和有限元的方法,研究了 SSRTP管在外壓作用下的壓潰響應(yīng)。通過液壓缸完成SSRTP管的全尺寸實(shí)驗(yàn),并采用商業(yè)有限元軟件ABAQUS來(lái)模擬其壓潰響應(yīng)。將兩種方法得出的壓潰壓力作對(duì)比,以驗(yàn)證所提出有限元模型的準(zhǔn)確性。另外,給出評(píng)估SSRTP管抗外壓能力下限值的簡(jiǎn)化理論公式,并通過數(shù)值模擬的方法探究了管道的初始缺陷、幾何構(gòu)型、層間摩擦系數(shù)等因素對(duì)管道抗壓潰能力的影響。2)SSRTP管在彎曲和外壓組合載荷作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)在彎曲和外壓組合載荷作用下,通過實(shí)驗(yàn)以及有限元的方法研究了 SSRTP管在初始曲率下的壓潰響應(yīng)情況。同時(shí),對(duì)管道最終抗壓潰能力的影響因素如初始彎曲半徑、鋼帶增強(qiáng)層的纏繞角度、徑厚比、鋼帶條數(shù)等做了相關(guān)的參數(shù)分析。3)SSRTP管在拉伸載荷作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)考慮SSRTP管的材料非線性、層間接觸、摩擦等問題,通過ABAQUS有限元軟件模擬管道在純拉伸載荷作用下的力學(xué)響應(yīng)。同時(shí)對(duì)SSRTP管進(jìn)行全尺寸單軸拉伸實(shí)驗(yàn),并將得到的位移-軸向拉力實(shí)驗(yàn)曲線與有限元模擬得出的結(jié)果作比對(duì),以驗(yàn)證所提出的有限元模型準(zhǔn)確性。并系統(tǒng)的探究了純拉伸情況下PE層和鋼帶增強(qiáng)層的力學(xué)響應(yīng)以及增強(qiáng)層在此受力過程中所起的作用。4)SSRTP管在軸對(duì)稱載荷作用下的理論模型研究基于靜力平衡,提出SSRTP管在軸對(duì)稱載荷作用下計(jì)算其拉伸剛度的力學(xué)模型,該模型考慮了層間壓力以及PE材料的彈塑性。并使用ABAQUS有限元模型及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了三組不同載荷工況下該理論模型計(jì)算SSRTP管力學(xué)響應(yīng)的準(zhǔn)確性。通過相關(guān)參數(shù)分析,得出了一些對(duì)工程實(shí)踐有意義的結(jié)論。5)SSRTP管的設(shè)計(jì)安全系數(shù)矯正以SSRTP管在外壓載荷作用的情況下為例,基可靠性分析方法矯正了 SSRTP管的設(shè)計(jì)安全系數(shù)。通過引進(jìn)目標(biāo)可靠指標(biāo),聯(lián)合使用Monte-Carlo以及一次二階矩(FORM)的方法矯正了 SSRTP管的分項(xiàng)安全系數(shù)。同時(shí),研究了所得安全系數(shù)與SSRTP管中主要參數(shù)變量的變異系數(shù)關(guān)系以及不同分布類型的抗力和載荷對(duì)結(jié)果的影響。而后,給出SSRTP管在工程使用中的推薦設(shè)計(jì)安全系數(shù)值。該安全系數(shù)的矯正過程簡(jiǎn)單易懂,特別適用于所研究的問題中有大量的基本變量甚至要求迭代求解的力學(xué)模型。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P756.2
【圖文】：

靜態(tài)卸油系統(tǒng)，也可以作為立管以多種構(gòu)型與分布形式進(jìn)行應(yīng)用，如Ｌａｚｙ－ｗａｖｅ、Ｌａｚｙ＿ｓ、逡逑Ｓｔｅｅｐ－ｗａｖｅ、Ｓｔｅｅｐ－Ｓ、Ｔｅｔｈｅｒｅｄｗａｖｅ、Ｃｈｉｎｅｓｅｌａｎｔｅｍ邋等，在各種環(huán)境下與浮式生產(chǎn)設(shè)備可逡逑很好地進(jìn)行協(xié)同工作（如圖１－２所示），甚至于在某些海況條件較為惡劣的海域，柔性管成逡逑為了最佳或唯一的選擇。逡逑黑浮式生產(chǎn)系統(tǒng)逡逑（ｆｐｓ）逡逑凰逡逑單點(diǎn)載油浮簡(jiǎn)邐Ｉ邐１．０逡逑，￣￣￣＾邋－—邋一邋＾逡逑＼邋、錨泊線邐ｙ邋Ｖ邋＼＼逡逑＼＾立邋＊邐Ａ逡逑／邋冶麻管違丨、管道終端邐ｙ／箱賤邐＼、、、、、逡逑邐生產(chǎn)立ｆ邋＼＼＞泊戍逡逑甲邐°？邋ｓ．？ｐｓ邐自由懸入逡逑＼邋Ｓ．邐懸鏈線立管逡逑、＾邐＼ｊ＼邐立管底座！＾邐海底管遣逡逑ＪＴ邋Ｗ邋＾邋＾邋ｗＶ？邋ｕ邋ｍ邋ｌｌｔ邐＾邋＾邋￣３５＝￣４＊－￣地峨丨聆逡逑圖１－２柔性管典型構(gòu)型與應(yīng)用［２７］逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｅ邋ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｆｌｅｘｉｂｌｅ邋ｐｉｐｅｓ逡逑隨著我國(guó)海洋油氣開發(fā)的推進(jìn)，柔性管得到越來(lái)越多的應(yīng)用。我國(guó)用于海底油氣開發(fā)逡逑的柔性管道起步較晚，其設(shè)計(jì)、制造、施工等總體水平與國(guó)際先進(jìn)水平仍存在較大差距。逡逑目前柔性管尤其是非粘接柔性管屬于壟斷行業(yè)，只有國(guó)際石油巨頭公司（Ｔｅｃｈｎｉｐ、逡逑Ｗｅｌｌｓｔｒｅａｍ、ＮＫＴＦｌｅｘｂｉｌｅｓ）才掌握核心生產(chǎn)制造技術(shù)，因此有必要探究柔性管道的設(shè)計(jì)逡逑并深入研究柔性管的相關(guān)力學(xué)性能

浙江大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文邐第１章緒論逡逑中最具潛力以及最受青睞的輸運(yùn)工具，其典型的結(jié)構(gòu)形式如圖１－３所示所示ｔＭ。逡逑圖１－３非粘結(jié)柔性管典型結(jié)構(gòu)筒圖［３２］逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｌａｓｓｉｃａｌ邋ｕｎｂｏｎｄｅｄ邋ｆｌｅｘｉｂｌｅ邋ｐｉｐｅｓ逡逑非粘接柔性管各主要功能層的結(jié)構(gòu)和作用說(shuō)明如下：逡逑骨架層（Ｃａｒｃａｓｓ）：由Ｓ型截面的鋼帶以接近９０°的纏繞角度纏繞形成螺旋自鎖結(jié)構(gòu)，逡逑如圖１＿４所示，該自鎖結(jié)構(gòu)可與彈簧類比，保證其有足夠的彎曲性能。該層主要用于抵抗逡逑外壓荷載，材料為不銹鋼，防止腐蝕。逡逑圖１－４骨架層實(shí)物截面形狀與簡(jiǎn)圖［３２］逡逑Ｆｉｇ．邋１邋－４邋Ｃａｒｃａｓｓ邋ｉｍａｇｅ逡逑內(nèi)壓力護(hù)套Ｃｌｎｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｓｈｅａｔｈ）：由聚合物材料制成的空心圓管，主要用于密封逡逑隔離腔內(nèi)流體、傳輸油氣、傳遞內(nèi)外壓力、防止內(nèi)外層之間金屬摩擦受損。常用的聚合物逡逑材料有：聚酰胺（ＰＡ），聚偏二氟乙烯（ＰＶＤＦ），聚乙烯（ＰＥ）。逡逑抗壓鎧裝層（Ｐｒｅｓｓｕｒｅａｍｉｏｒ）：與骨架層類似，該層也是由異型截面的鋼帶以接近９０°逡逑螺旋角度纏繞而成的一種自鎖結(jié)構(gòu)，其主要使用截面類型如圖１－５所示。該層起到支撐內(nèi)逡逑護(hù)套并抵抗內(nèi)壓荷載的作用

浙江大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文邐第１章緒論逡逑中最具潛力以及最受青睞的輸運(yùn)工具，其典型的結(jié)構(gòu)形式如圖１－３所示所示ｔＭ。逡逑圖１－３非粘結(jié)柔性管典型結(jié)構(gòu)筒圖［３２］逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｌａｓｓｉｃａｌ邋ｕｎｂｏｎｄｅｄ邋ｆｌｅｘｉｂｌｅ邋ｐｉｐｅｓ逡逑非粘接柔性管各主要功能層的結(jié)構(gòu)和作用說(shuō)明如下：逡逑骨架層（Ｃａｒｃａｓｓ）：由Ｓ型截面的鋼帶以接近９０°的纏繞角度纏繞形成螺旋自鎖結(jié)構(gòu)，逡逑如圖１＿４所示，該自鎖結(jié)構(gòu)可與彈簧類比，保證其有足夠的彎曲性能。該層主要用于抵抗逡逑外壓荷載，材料為不銹鋼，防止腐蝕。逡逑圖１－４骨架層實(shí)物截面形狀與簡(jiǎn)圖［３２］逡逑Ｆｉｇ．邋１邋－４邋Ｃａｒｃａｓｓ邋ｉｍａｇｅ逡逑內(nèi)壓力護(hù)套Ｃｌｎｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｓｈｅａｔｈ）：由聚合物材料制成的空心圓管，主要用于密封逡逑隔離腔內(nèi)流體、傳輸油氣、傳遞內(nèi)外壓力、防止內(nèi)外層之間金屬摩擦受損。常用的聚合物逡逑材料有：聚酰胺（ＰＡ），聚偏二氟乙烯（ＰＶＤＦ），聚乙烯（ＰＥ）。逡逑抗壓鎧裝層（Ｐｒｅｓｓｕｒｅａｍｉｏｒ）：與骨架層類似，該層也是由異型截面的鋼帶以接近９０°逡逑螺旋角度纏繞而成的一種自鎖結(jié)構(gòu)，其主要使用截面類型如圖１－５所示。該層起到支撐內(nèi)逡逑護(hù)套并抵抗內(nèi)壓荷載的作用

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本文編號(hào)：2820981