非粘合柔性立管結構響應數(shù)值分析研究.pdf

1、非粘合柔性立管具有彎曲剛度小、質量輕、耐腐蝕以及抗疲勞等特點，適用于深海惡劣的海況。非粘合柔性立管的設計過程因內部結構的復雜性而十分繁瑣，分析柔性立管的局部結構響應是設計過程的重要環(huán)節(jié)，其中包括載荷-位移響應、層間摩擦耗能和遲滯效應等。然而由于非粘合柔性立管層間的摩擦、接觸等非線性問題，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確高效地分析非粘合柔性立管在復雜載荷耦合作用下結構響應的數(shù)值分析方法。
　　目前，非

2、粘合柔性立管已有的數(shù)值模擬相關研究工作主要有兩種方法。第一種方法，其重點在于模擬聚合物層和螺旋抗拉鎧裝層，模型中沒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載荷作用下的結構響應。由于沒有模擬完整的非粘合柔性立管結構，此模型的分析結果僅能與理論分析結果進行對比，無法用實驗測量結果來驗證。第二種方法，采用了殼單元模擬聚合物層和梁單元來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構響應時有效且計算效率較高。但是，當

3、立管在承受拉伸、扭轉和彎曲組合的復雜載荷作用時，該方法所采用的梁-殼單元不能準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簡化模擬復雜的骨架層和抗拉鎧裝層的方法值得借鑒。
　　針對以上問題，本文采用了體-殼單元分別單獨地模擬各層并盡可能真實地考慮層間摩擦接觸和幾何特征。其中，結構形式較為復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模擬，其余各層采用線性實體單元詳細模擬。這種模擬方法既能

4、考慮到復雜的骨架層和抗壓鎧裝層的重要結構屬性從而保證計算精度;又可以大幅提高模型的求解效率，從而實現(xiàn)了高效并準確地分析完整的非粘合柔性立管的結構響應。文中建立了一個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、扭轉以及彎曲與內外壓組合的三種載荷工況下的結構響應，討論了非粘合柔性立管特有的結構響應現(xiàn)象，包括拉伸或扭轉載荷作用下載荷-位移曲線的非線性、拉伸和扭轉的耦合效應以及彎曲載荷下的遲滯效應;并將數(shù)值分析、理論分析及實驗測量得到