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《华南理工大学》 2017年
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非粘结柔性管不同建模方式的适用性研究

庞国良  
【摘要】:随着人类深海进军步伐的不断迈进,其面临的海洋环境也越来越恶劣,对深海油气开采装备的要求也越来越高。非粘结柔性管道作为深海油气开发系统中的重要装备,以其全新的结构形式、优越的性能和高技术含量成为海洋油气资源开发的一把利器,自其问世后无论学术上还是工程应用上对其研究一直相当关注。开展柔性管道的研究对于实现柔性管生产国产化、开发深海油气资源具有重要意义。解析计算、数值模拟和试验测试是目前主要的非粘结柔性管道研究方法。其中,解析计算对于准确模拟管道层间接触这种典型的高度非线性行为存在较大难度,试验测试由于柔性管道本身造价昂贵,很多情况下难以开展,因此非粘结柔性管道的数值模拟方法研究得到了广泛应用。对于柔性管道的数值模拟研究,很多学者建立了多种针对柔性管道的数值模拟模型,但对于不同模型的适用性尚未得到一致性的结论。本文基于有限元分析软件ABAQUS建立了三种不同非粘结柔性管道有限元模型,通过对不同模型在不同载荷下所表现出基本力学性能的分析对比,验证不同模型的适用性。具体所做工作如下所述:1)基于ABAQUS/Python语言编制了柔性管道参数化建模程序,并创建柔性管道建模用户界面,使用所编制的参数化建模程序及建模用户界面可以快速建立不等层数、不同结构型式的柔性管道模型,大大提升管道的建模效率。2)针对某一8层典型的非粘结柔性立管,基于不同建模方法建立了三种管道有限元模型:各层均简化模型、局部层简化模型和不简化详细模型。模型间主要区别是不同模型中管层的模拟方式不同,各层均简化模型将管道各层都进行了简化模拟,局部层简化模型只将骨架层和抗压铠装层进行简化模拟,不简化详细模型是基于管道各层真实结构型式,对管道各层均不采取简化处理的模拟。3)基于三种柔性管道有限元模型,分别进行了在拉伸、扭转及弯曲载荷下的管道力学性能分析,并对不同模型呈现出的计算结果差异进行了解释说明。经过验证,本文所建立的非粘结柔性管道不简化详细模型与试验数据结果吻合情况最佳,证明了此模型拥有较好的适用性,可以借此进行更为深入的非粘结柔性管道研究。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P756.2;TE973

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