本文關鍵詞： 非粘結柔性立管 截面力學性能 能量法 遲滯特性 骨架層 抗拉鎧裝層 壓潰 徑向失效　出處：《上海交通大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：非粘結柔性立管由剖面形式復雜的金屬層和聚合物層構成,各層具有不同的幾何形式、材料特性及功能,以保證立管在安裝和使用過程中的安全性。非粘結柔性立管相鄰層間無粘結甚至存在縫隙,在外載作用下可發(fā)生相互分離和相對滑移。特殊的結構形式和制造工藝使非粘結柔性立管具有較大的軸向抗拉剛度和較小的彎曲剛度,能夠承受較大的平臺和船體運動,因而在深海油氣資源開發(fā)中得到了越來越廣泛的應用。同時,結構形式的復雜性也為非粘結柔性立管特性分析帶來了一定的挑戰(zhàn),如螺旋帶的彎曲遲滯特性、骨架層和抗壓鎧裝層的壓潰失效、抗拉鎧裝層螺旋鋼帶的徑向及側向失效。目前,國際海洋工程界尚無法全面掌握該類立管的截面力學性能及失效特性,因此有必要開展深入的研究。非粘結柔性立管是一種價格昂貴的海洋結構物,對其研究不能完全依賴于試驗方法,本文根據國際上非粘結柔性立管的最新研究動向,分別采用理論和數值方法對非粘結柔性立管截面力學性能和典型失效特性開展了深入研究,取得了積極的成果。論文主要研究內容如下:(1)分別采用理論和三維數值方法研究了在軸對稱載荷和彎曲載荷作用下非粘結柔性立管截面力學性能。理論方法將所有層分為圓柱殼和螺旋帶,同時計入螺旋帶局部彎曲和扭轉影響,基于能量法給出各類層在軸對稱載荷下的剛度矩陣,最終結合軸向力及扭矩平衡方程、相鄰層間關系求解各層在軸對稱載荷下的變形及層間接觸壓力。詳細三維數值模型計入骨架層、抗壓鎧裝層實際剖面形狀及鋪設角度,分別采用計入實際幾何形狀的螺旋結構和忽略剖面形狀、鋪設角度的圓柱殼結構模擬防摩擦層;為避免接觸及幾何非線性導致的計算不易收斂、計算時間過長等問題,采用ABAQUS/Explicit準靜態(tài)方法和質量放大進行計算。以一類八層非粘結柔性立管為研究對象,分別采用理論和數值方法計算在軸對稱和彎曲載荷下非粘結柔性立管截面力學性能,分析了螺旋帶局部彎曲和扭轉、防摩擦層模型、載荷方向、邊界條件等對立管截面力學性能的影響,通過與試驗結果、不同研究機構和學者給出的結果進行對比,驗證了本文理論和數值方法的有效性。(2)采用計入實際剖面形狀的數值方法研究了骨架層在均勻外壓和對徑壓縮力下的壓潰特性。分別采用計入鋪設角度的螺旋模型和不計鋪設角度的圓環(huán)模型模擬骨架層;分別采用粘結耦合、摩擦系數不為零的庫倫摩擦和光滑摩擦模擬骨架層相鄰表面間的接觸作用。討論了骨架層鋪設角度、相鄰表面間接觸條件、材料非線性、初始橢圓度對骨架層失效特性的影響。通過將數值結果與理論值進行對比,分析了理論方法的適用范圍。(3)采用數值方法研究了在軸向壓縮載荷下非粘結柔性立管抗拉鎧裝層螺旋鋼帶的徑向失效特性。將內部護套層簡化為具有相同剛度的連接單元,同時計入抗拉鎧裝層所有螺旋鋼帶。以一類2.5英寸非粘結柔性立管在軸向壓縮位移作用下為例,通過將簡化數值模型得到的軸向抗壓剛度與理論值、詳細數值模型結果對比,驗證了數值方法的有效性。在此基礎上以一類6英寸非粘結柔性立管為研究對象,分析了抗拉鎧裝層螺旋鋼帶數目、摩擦系數、外部聚合物層厚度對非粘結柔性立管抗拉鎧裝層螺旋鋼帶徑向失效特性的影響。
[Abstract]:This paper studies the mechanical properties and failure characteristics of non - bonded flexible risers under axial symmetry and bending loads by using theoretical and numerical methods . ( 2 ) A numerical method is used to study the compression characteristics of the skeleton layer under uniform external pressure and radial compressive force . The radial failure characteristics of the spiral steel strip of the non - bonded flexible riser under axial compressive load are studied by using the numerical method .

【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE95

【參考文獻】

相關碩士學位論文 前3條

1 趙冠男;海洋非粘結柔性管抗壓潰設計與實驗驗證研究[D];大連理工大學;2013年

2 余彬彬;纖維纏繞增強復合管鋪設中的非線性屈曲分析與研究[D];浙江大學;2013年

3 陳耕;海洋非粘結柔性管線的橫截面力學性能分析[D];哈爾濱工程大學;2011年

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本文編號：1482494