非粘合柔性立管結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)值分析研究.pdf

1、非粘合柔性立管具有彎曲剛度小、質(zhì)量輕、耐腐蝕以及抗疲勞等特點(diǎn)，適用于深海惡劣的海況。非粘合柔性立管的設(shè)計(jì)過(guò)程因內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性而十分繁瑣，分析柔性立管的局部結(jié)構(gòu)響應(yīng)是設(shè)計(jì)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，其中包括載荷-位移響應(yīng)、層間摩擦耗能和遲滯效應(yīng)等。然而由于非粘合柔性立管層間的摩擦、接觸等非線性問(wèn)題，使得其數(shù)值模擬分析面臨眾多挑戰(zhàn)。本文的研究目的是提出一種能夠準(zhǔn)確高效地分析非粘合柔性立管在復(fù)雜載荷耦合作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的數(shù)值分析方法。
　　目前，非

2、粘合柔性立管已有的數(shù)值模擬相關(guān)研究工作主要有兩種方法。第一種方法，其重點(diǎn)在于模擬聚合物層和螺旋抗拉鎧裝層，模型中沒(méi)有包括骨架層和抗壓鎧裝層，此模型僅能分析在單一的拉伸或扭轉(zhuǎn)載荷作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。由于沒(méi)有模擬完整的非粘合柔性立管結(jié)構(gòu)，此模型的分析結(jié)果僅能與理論分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，無(wú)法用實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果來(lái)驗(yàn)證。第二種方法，采用了殼單元模擬聚合物層和梁?jiǎn)卧獊?lái)模擬抗拉鎧裝層鋼帶。此方法分析立管僅在徑向載荷作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)時(shí)有效且計(jì)算效率較高。但是，當(dāng)

3、立管在承受拉伸、扭轉(zhuǎn)和彎曲組合的復(fù)雜載荷作用時(shí)，該方法所采用的梁-殼單元不能準(zhǔn)確地模擬層間的接觸摩擦作用。然而此模擬方法中采用各向異性殼單元層來(lái)簡(jiǎn)化模擬復(fù)雜的骨架層和抗拉鎧裝層的方法值得借鑒。
　　針對(duì)以上問(wèn)題，本文采用了體-殼單元分別單獨(dú)地模擬各層并盡可能真實(shí)地考慮層間摩擦接觸和幾何特征。其中，結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜的骨架層和抗壓鎧裝層，則采用具有等效屬性的各向異性材料殼單元層來(lái)模擬，其余各層采用線性實(shí)體單元詳細(xì)模擬。這種模擬方法既能

4、考慮到復(fù)雜的骨架層和抗壓鎧裝層的重要結(jié)構(gòu)屬性從而保證計(jì)算精度;又可以大幅提高模型的求解效率，從而實(shí)現(xiàn)了高效并準(zhǔn)確地分析完整的非粘合柔性立管的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。文中建立了一個(gè)完整的八層非粘合柔性立管模型，分析了此模型分別在拉伸、扭轉(zhuǎn)以及彎曲與內(nèi)外壓組合的三種載荷工況下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，討論了非粘合柔性立管特有的結(jié)構(gòu)響應(yīng)現(xiàn)象，包括拉伸或扭轉(zhuǎn)載荷作用下載荷-位移曲線的非線性、拉伸和扭轉(zhuǎn)的耦合效應(yīng)以及彎曲載荷下的遲滯效應(yīng);并將數(shù)值分析、理論分析及實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到