非黏结柔性立管骨架层失效数值计算方法

计入骨架层铺设角度、初始椭圆度、材料非线性,对相邻表面分别采用黏结耦合、摩擦系数不为零的库伦摩擦和光滑摩擦3种接触条件,基于ABAQUS研究了一类非黏结柔性立管骨架层在均匀外压和对径压缩力下的失效特性.计算结果表明:骨架层相邻表面间接触条件对失效特性影响较大;铺设角度对骨架层失效特性的影响可忽略不计;计入初始椭圆度和材料非线性后,均匀外压下骨架层临界压溃值大幅降低,对径压缩力下径向位移大幅增大.文中数值方法可弥补理论方法无法计入上述因素对骨架层失效特性影响的缺陷.

轴压下非黏结柔性立管响应特性的数值计算方法

为避免传统数值方法对非黏结柔性立管骨架层和抗压铠装层简化导致其应力计算不准确的问题,给出了非黏结柔性立管响应特性的一种数值计算方法,计入骨架和抗压铠装层实际截面形状及层间相互作用,既能保持各层几何形状与真实形状高度一致,又具有高效、高精度的特点,能够有效模拟骨架和抗压铠装层受力、失效及层间接触.计算了8层非黏结柔性立管在轴向压缩载荷下的响应特性,结果表明:数值解与理论值吻合较好;承受压缩载荷的主要为拉伸铠装层;非黏结柔性立管抗压刚度远小于抗拉刚度;立管顶端边界条件对轴向压缩性能影响不大.

非黏结柔性立管内部骨架层失效研究进展

非黏结柔性立管是水下生产系统的重要组成部分,骨架层作为非黏结柔性立管最内层的运输通道,一旦失效将对整个立管结构产生破坏,给海洋油气生产系统带来巨大的经济损失。骨架层主要失效方式分为径向压溃失效与轴向撕裂失效2种。分析了骨架层径向压溃失效与轴向撕裂失效的机理,基于理论模型,对骨架层失效的国内外研究现状进行归纳总结,并提出以下建议:建立骨架层轴向失效理论模型及完整立管模型;在多载荷作用下对骨架层进行研究分析,完善并简化其等效模型;对不同立管结构进行更多的失效试验。

含复合铠装层的非黏结柔性立管轴对称载荷响应

针对新型含复合材料铠装层的非黏结柔性立管,推导了各向异性复合材料拉力铠装层在内、外压和轴拉力作用下的控制方程,且考虑了载荷作用下可能出现的层间间隙,建立了非黏结柔性立管的轴对称载荷响应模型。采用循环验证算法求解,获得了管道的抗拉刚度、抗扭刚度、层间压力、层间间隙等重要参数。建立了有限元仿真模型,验证了理论模型的可靠性。算例研究表明:层间间隙出现在螺旋层与圆筒层之间,不考虑间隙时,抗拉刚度的预测值较高;相较于传统的钢质铠装层柔性管,复合铠装层管的抗拉刚度以及抗扭刚度均更大,且抗拉刚度随着管外压力增大而降低程度更小,复合铠装层在柔性立管的应用中能够达到铠装层的刚度性能要求。

非黏结柔性立管弯曲滞回性能影响参数敏感性分析

为了研究非黏结柔性立管的弯曲性能本文基于ANSYS Workbench有限元软件,考虑层间摩擦,通过建立非黏结柔性立管的三维有限元简化模型计算其弯曲刚度,将弯曲刚度的数值模拟结果与实验结果进行对比,验证了本文模型的正确性,进一步将摩擦系数、内压大小、拉力大小、螺旋角度等参数对弯曲迟滞现象的影响进行了敏感性分析。结果表明:立管简化分析模型与实验结果相吻合,随摩擦系数取值的增大,全滑移阶段和滞回阶段弯曲刚度增加;随内压增大,刚度变化率出现明显的变大,后趋于稳定;拉力的存在显著增加了非黏结柔性立管弯曲刚度;螺旋角度的增大对立管全滑动阶段与滞回阶段弯曲刚度的影响较小。

含复合材料结构的非黏结柔性立管弯曲特性

非黏结柔性立管常用于将海底油气资源输送到平台,有时因设计需要会包含复合材料圆柱壳层结构.以一类8层的非黏结柔性立管为研究对象,分析了含有复合材料圆柱壳层结构的非黏结柔性立管的弯曲特性.提出了一种作用于非黏结柔性立管的轴对称载荷和弯曲载荷联合作用的理论模型,同时建立了计及详细几何特性的非黏结柔性立管数值模型进行了验证.分析了两种典型复合材料及其纤维体积分数对非黏结柔性立管弯曲特性的影响.理论与数值结果吻合较好,计算结果表明:非黏结柔性立管的弯曲特性受复合材料圆柱壳层轴向弹性模量影响较大,轴向弹性模量较大的复合材料会较大地增强完全滑移阶段的非黏结柔性立管的弯曲刚度.非黏结柔性立管的轴向抗拉刚度和完全滑移阶段的弯曲刚度都随着复合材料圆柱壳层的纤维体积分数增大,接近线性增强.