深海夾層保溫管的屈曲傳播.pdf

1、海底蘊(yùn)藏著巨大的油氣資源，開(kāi)采進(jìn)程正逐漸由淺海邁向深海。相比于淺海，深海有著更加復(fù)雜的海洋環(huán)境，水溫低、壓力大。石油從海底挖掘出來(lái)時(shí)溫度高，使用隔熱不好的單壁管輸送時(shí)會(huì)導(dǎo)致石油凝固而造成管道堵塞。更大的壓力環(huán)境也對(duì)管道的結(jié)構(gòu)提出更高的要求。夾層保溫管能夠適應(yīng)這樣復(fù)雜多變的深海環(huán)境。這種管道由內(nèi)管、夾心、外管組成，內(nèi)、外管的材質(zhì)均為合金鋼材料，以承受載荷，而夾心的材質(zhì)為聚氨酯泡沫，以隔熱。在眾多失效形式中，最為值得研究的就是保溫管的屈曲與

2、屈曲傳播。目前對(duì)海洋保溫管道屈曲傳播的研究主要針對(duì)單壁管，對(duì)保溫管的研究還不多見(jiàn)報(bào)道。本文將保溫管視為夾心圓柱殼，運(yùn)用彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、夾層殼理論、非線(xiàn)性穩(wěn)定性理論、屈曲傳播實(shí)驗(yàn)以及有限元法等對(duì)深海保溫管屈曲傳播問(wèn)題進(jìn)入深入研究，主要研究?jī)?nèi)容：
　　建立保溫夾層管的非線(xiàn)性控制方程。保溫管屈曲傳播將由三個(gè)區(qū)域構(gòu)成：塌陷區(qū)、傳播區(qū)與未變形區(qū)。處在亞平衡狀態(tài)的傳播區(qū)沿著管道兩邊傳開(kāi)來(lái)播。運(yùn)用一階剪切變形理論，引入面板中面轉(zhuǎn)角，考慮中面

3、的薄膜影響，建立保溫夾層管內(nèi)的非線(xiàn)性幾何方程，分析夾層管內(nèi)的受力狀態(tài)，建立平衡方程和協(xié)調(diào)方程。
　　推導(dǎo)屈曲傳播壓力計(jì)算公式，獲得解析解。依據(jù)前期獲得的保溫管局部屈曲的位移場(chǎng)，分析夾層圓柱殼內(nèi)外面板的變形機(jī)制，應(yīng)用塑性全量理論，考慮塑性硬化的影響，采用彈塑性穩(wěn)定理論建立傳播區(qū)內(nèi)的能量方程，并根據(jù)能量守恒定理，獲得保溫管屈曲傳播壓力的解析表達(dá)式，進(jìn)行參數(shù)分析，深入研究不同徑厚比、不同夾層與夾心厚度比對(duì)及不同材料參數(shù)對(duì)應(yīng)變強(qiáng)化系數(shù)、屈

4、服系數(shù)和屈曲傳播壓力值的影響。
　　開(kāi)展實(shí)驗(yàn)分析。設(shè)計(jì)制造高壓容器等儀器進(jìn)行管道的屈曲傳播實(shí)驗(yàn)。設(shè)置兩組管道徑厚比分別為17、32，獲得這兩組管道的屈曲傳播壓力實(shí)驗(yàn)值。使用810 Material Test System（MTS）對(duì)管道試件進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，得到管道材料的楊氏模量、屈服應(yīng)力。運(yùn)用Ramberg-Osgood非線(xiàn)性模型模擬保溫管壓潰后內(nèi)、外層的彈塑性本構(gòu)關(guān)系。
　　進(jìn)行有限元仿真。使用ABAQUS有限元軟件建立保溫