內(nèi)壓作用下鋼絲纏繞增強橡膠軟管的力學(xué)響應(yīng)研究.pdf

1、隨著全球石油天然氣能源需求的急劇增長，陸地資源開采難度的日益加大，海洋已經(jīng)成為全球資源開采的新增長點。世界上的發(fā)達(dá)國家都從戰(zhàn)略高度采取各種有效措施積極推進(jìn)海洋工程的發(fā)展。
　　 海底管線是海洋工程的重要組成部分。我國目前使用的海底管線多為硬質(zhì)海底管線，即鋼管外覆混凝土。隨著海洋工程的快速發(fā)展，硬質(zhì)海底管線的安全問題日益突出。鋼絲纏繞增強橡膠軟管，即海底輸油軟管，是一種全新的復(fù)合管，通常由內(nèi)膠層、內(nèi)膠保護(hù)層、中膠層、二至六層鋼絲纏

2、繞增強層和外膠保護(hù)層組成，以直徑為2～4mm的鋼絲傾角纏繞成型的網(wǎng)狀骨架為增強體，以橡膠為基體。這種獨特的結(jié)構(gòu)，使得鋼絲纏繞增強橡膠軟管集鋼管、橡膠管兩種管材的優(yōu)點于一體，具有良好的耐腐蝕性、承壓性、彎曲性以及施工簡便、可回收再利用等優(yōu)點，在石油化工、市政工程、船舶等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 我國生產(chǎn)的這種軟管雖然與國外產(chǎn)品在名稱上相同，但是其結(jié)構(gòu)形式并不相同。從結(jié)構(gòu)形式上看，我國的軟管更類似于鋼絲纏繞增強塑料復(fù)合管(PS

3、P)，但仍不能完全套用針對PSP所得到的相關(guān)結(jié)論。關(guān)于鋼絲纏繞增強橡膠軟管的研究，目前大多停留在制造、安裝及應(yīng)用等方面，對其力學(xué)性能的研究還處于起步階段，因此對其進(jìn)行力學(xué)性能的研究具有重要的科研和工程意義。本課題在遼寧省教育廳科研項目基金(No.L2010461)的大力支持下，采用ANSYS軟件對鋼絲纏繞增強橡膠軟管的靜力響應(yīng)進(jìn)行了較為系統(tǒng)深入的數(shù)值模擬研究，主要研究內(nèi)容包括:
　　 (1)從復(fù)合材料的角度，全面總結(jié)了復(fù)合管線的

4、發(fā)展動態(tài)、種類結(jié)構(gòu)以及力學(xué)行為的研究現(xiàn)狀。
　　 (2)根據(jù)軟管的實際構(gòu)造，采用有限元軟件建立基于多層正交各向異性層合殼的軟管三維有限元靜力分析模型，對內(nèi)壓作用下軟管靜力響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。并通過與已有試驗數(shù)據(jù)對比，驗證軟管數(shù)值模型的合理性。研究結(jié)果表明內(nèi)壓作用下軟管端部為薄弱部分，最容易發(fā)生破壞，在軟管設(shè)計與制造過程中應(yīng)引起足夠的重視。
　　 (3)在上述軟管有限元模型基礎(chǔ)上，建立內(nèi)部充滿均勻水介質(zhì)的軟管數(shù)值模型，