熱塑性復(fù)合材料增強管海上鋪設(shè)安裝方法研究.pdf

1、眾所周知二十一世紀是海洋的世紀,海洋面積占地球表面積70％,如此廣闊的海洋蘊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采,儲量逐年下降,海上油氣的開采成為近幾年來的國際焦點。海底管道在海上油氣開發(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)成本高等問題,而復(fù)合材料管的出現(xiàn)彌補了鋼管的許多不足。如今,在國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,勢必會替代鋼管成為海底管道首選的管材。
　　目前我國的海底管道的鋪設(shè)都是針對鋼管設(shè)計的,采用的都是鋪管船法,其中S型鋪管被廣泛采用。但是對于熱塑性復(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)合材料增強管的鋪設(shè)時的力學問題。
　　首先,由于此類管道材料性質(zhì)復(fù)雜,沒有現(xiàn)成的研究結(jié)果可以引用,因此需要通過實驗方法對熱塑性復(fù)合材料增強管的管道力學性能,及其在鋪管

3、中的應(yīng)用進行研究,主要包括:拉伸實驗、彎曲實驗、鋪管模型實驗。通過實驗得的管道力學性能可以作為管道破壞的判斷標準,而鋪管模型實驗則可用于驗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對熱塑性復(fù)合材料增強管在不同水深下的鋪設(shè)情況進行分析,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、通過實驗驗證了有限元法的正確性,而有限元的的分析結(jié)果則進一步驗證數(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)值計算方法。其中,將懸浮段有限元劃分,并采用自然懸鏈線進行計算;觸地段考慮了土壤的彈性,并采用基礎(chǔ)梁理論進行計算。該方法的計算結(jié)果與非線性有限元的計算結(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)值計算的正確