粘結(jié)性非金屬海洋柔性立管截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析.pdf

1、海洋柔性立管作為各國(guó)深海石油開(kāi)采的一把利器，因具有較好的柔性、耐腐蝕性、重量輕以及安裝方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，正逐步取代傳統(tǒng)的鋼制管道，成為未來(lái)海工發(fā)展的一個(gè)主要趨勢(shì)。由于我國(guó)在海洋柔性立管研究方面起步較晚，國(guó)外又對(duì)出口的柔性立管產(chǎn)品實(shí)行嚴(yán)格的技術(shù)保密和專利保護(hù)，從而導(dǎo)致了我國(guó)現(xiàn)今深海開(kāi)發(fā)所使用的海洋柔性立管產(chǎn)品全部依靠進(jìn)口，這不僅增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，而且還嚴(yán)重影響了我國(guó)深海石油開(kāi)發(fā)的進(jìn)程，因此對(duì)海洋柔性立管的國(guó)產(chǎn)化研制已經(jīng)刻不容緩，這也必將

2、會(huì)成為我國(guó)未來(lái)海工發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)方向。
　　本文以一種典型的粘結(jié)性非金屬海洋柔性立管——熱塑性玻纖增強(qiáng)柔性立管為研究對(duì)象，針對(duì)其關(guān)鍵工藝的制備流程、增強(qiáng)層截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、截面力學(xué)性能研究、極端海況下的整體強(qiáng)度分析這幾個(gè)方面做了一些基礎(chǔ)性的研究，具體研究工作總結(jié)如下:
　　(1)研究了玻纖增強(qiáng)柔性立管的兩個(gè)關(guān)鍵工藝的制備流程即增強(qiáng)層的纖維纏繞工藝和內(nèi)襯層的三層共擠工藝流程，并對(duì)這兩個(gè)工藝流程中所使用到的關(guān)鍵設(shè)備以及制備過(guò)程中出現(xiàn)

3、的部分問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹和分析。
　　(2)根據(jù)深海500米處使用的海洋柔性立管技術(shù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，利用ABAQUS有限元軟件，參考DNV-RP-F119標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)玻纖增強(qiáng)柔性立管的增強(qiáng)層截面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了單一螺旋角度纏繞和多角度纏繞這兩種纏繞方案的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并最終設(shè)計(jì)出了滿足強(qiáng)度要求的單一螺旋角度纏繞結(jié)構(gòu)的柔性立管其增強(qiáng)層最小纏繞厚度為11.4mm，最優(yōu)纏繞角度為±60°;多角度纏繞結(jié)構(gòu)的柔性立管其增強(qiáng)層結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外分別為:抗壓層為4mm

4、（纏繞角度為90°）、抗拉層為3.6mm（纏繞角度±30°）、補(bǔ)強(qiáng)層為4mm（纏繞角度為±55°）。
　　(3)利用ABAQUS有限元軟件并結(jié)合材料力學(xué)公式計(jì)算了兩種不同增強(qiáng)層纏繞結(jié)構(gòu)的玻纖增強(qiáng)柔性管的拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度值，計(jì)算結(jié)果顯示多角度纏繞結(jié)構(gòu)柔性管的三種剛度值分別為129074744N、512.36KN.m2、750000N.m2，均大于單一螺旋角度纏繞結(jié)構(gòu)柔性管的這三種剛度值119593220N、459.5KN.m2、

5、600000N.m2。此外，本文還計(jì)算了這兩種柔性管模型在無(wú)內(nèi)壓和有內(nèi)壓作用下的最小彎曲半徑，計(jì)算結(jié)果顯示單一螺旋角度纏繞柔性管在無(wú)內(nèi)壓和有內(nèi)壓作用下的最小彎曲半徑分別為3.79m和8.57m，均小于多角度纏繞柔性管在無(wú)內(nèi)壓和有內(nèi)壓作用下的最小彎曲半徑3.87m和9.23m。
　　(4)針對(duì)玻纖增強(qiáng)柔性立管在極端海況下的整體強(qiáng)度分析，以綜合力學(xué)性能較好的多角度纏繞柔性立管模型為研究對(duì)象，采用了從整體到局部的強(qiáng)度分析方法，利用專業(yè)的

6、海工軟件Orcaflex首先進(jìn)行了整體靜力學(xué)分析，確定出該柔性立管的危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)槔鞆埩ψ畲蟮捻敳繎覓靺^(qū)域和彎矩最大的底部觸地段區(qū)域;然后再針對(duì)這兩個(gè)危險(xiǎn)區(qū)域基于船體在近位點(diǎn)、遠(yuǎn)位點(diǎn)這兩個(gè)典型位置分別進(jìn)行100年一遇海流和10年一遇波浪聯(lián)合作用、10年一遇海流和100年一遇波浪聯(lián)合作用下的動(dòng)力學(xué)分析，提取危險(xiǎn)截面的最大拉伸張力和最大彎矩，并作為后續(xù)局部模型強(qiáng)度校核分析的邊界條件;最后對(duì)柔性管的局部模型進(jìn)行強(qiáng)度校核分析，校核結(jié)果顯示所設(shè)計(jì)的