熱塑性復(fù)合材料增強(qiáng)管海上鋪設(shè)安裝方法研究.pdf

1、眾所周知二十一世紀(jì)是海洋的世紀(jì),海洋面積占地球表面積70％,如此廣闊的海洋蘊(yùn)藏著豐富的生物資源、自然資源和礦物資源。隨著陸上油氣的不斷開(kāi)采,儲(chǔ)量逐年下降,海上油氣的開(kāi)采成為近幾年來(lái)的國(guó)際焦點(diǎn)。海底管道在海上油氣開(kāi)發(fā)中已經(jīng)應(yīng)用了幾十年了,大多數(shù)海底管道采用的都是鋼管,但是鋼管存在耐腐蝕性差、污染環(huán)境、鋪設(shè)成本高等問(wèn)題,而復(fù)合材料管的出現(xiàn)彌補(bǔ)了鋼管的許多不足。如今,在國(guó)外已有多家石油企業(yè)在海底管道應(yīng)用中選用復(fù)合材料管,隨著復(fù)合材料管的不斷發(fā)

2、展,勢(shì)必會(huì)替代鋼管成為海底管道首選的管材。
　　目前我國(guó)的海底管道的鋪設(shè)都是針對(duì)鋼管設(shè)計(jì)的,采用的都是鋪管船法,其中S型鋪管被廣泛采用。但是對(duì)于熱塑性復(fù)合材料管而言,由于其可以連續(xù)制造和彎曲,且存放時(shí)纏繞在卷盤上,所以采用卷筒法鋪管較為合適。本文主要研究熱塑性復(fù)合材料增強(qiáng)管的鋪設(shè)時(shí)的力學(xué)問(wèn)題。
　　首先,由于此類管道材料性質(zhì)復(fù)雜,沒(méi)有現(xiàn)成的研究結(jié)果可以引用,因此需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)熱塑性復(fù)合材料增強(qiáng)管的管道力學(xué)性能,及其在鋪管

3、中的應(yīng)用進(jìn)行研究,主要包括:拉伸實(shí)驗(yàn)、彎曲實(shí)驗(yàn)、鋪管模型實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得的管道力學(xué)性能可以作為管道破壞的判斷標(biāo)準(zhǔn),而鋪管模型實(shí)驗(yàn)則可用于驗(yàn)證非線性有限元的結(jié)果。
　　其次,本文采用通用有限元軟件ABAQUS對(duì)熱塑性復(fù)合材料增強(qiáng)管在不同水深下的鋪設(shè)情況進(jìn)行分析,建立管道模型、載荷步、施加載荷和邊界條件,其中浪流載荷由將用到ABAQUS/AQUA模塊,模型分析完成后,可以從計(jì)算結(jié)構(gòu)中提取得到管道的構(gòu)型、頂部和底部的拉力、彎矩分布圖等。

4、通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了有限元法的正確性,而有限元的的分析結(jié)果則進(jìn)一步驗(yàn)證數(shù)值迭代法的得到的鋪管分析結(jié)果。
　　然后,本文在研究了大量鋪管理論研究成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合自然懸鏈線理論和基礎(chǔ)梁理論,并考慮到材料的拉伸和彎曲性能,提出自己的數(shù)值計(jì)算方法。其中,將懸浮段有限元?jiǎng)澐?并采用自然懸鏈線進(jìn)行計(jì)算;觸地段考慮了土壤的彈性,并采用基礎(chǔ)梁理論進(jìn)行計(jì)算。該方法的計(jì)算結(jié)果與非線性有限元的計(jì)算結(jié)果十分接近,在許多關(guān)鍵的結(jié)果上誤差較小,表明數(shù)值計(jì)算的正確