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非金属非粘结复合软管的力学性能研究

张艳君  
【摘要】:非金属非粘结复合软管是一种多层结构的挠性管,是连接海洋油气田水下井口和海面浮式采油设备的关键特种装备之一。这种软管弯曲刚度小、强度高、抗疲劳性以及抗腐蚀性好、便于安装,特别适用于深水环境。对非金属非粘结复合软管的力学性能进行深入分析研究,能够准确地了解海洋非金属软管的结构特点,在实际工程中进行软管结构设计时,这是必不可少的一个环节。本文依托于“国家高技术研究发展计划(863计划)项目”——海洋深水非金属材料复合管研制。 本文采用有限元分析方法,考虑了摩擦接触以及几何非线性的影响,利用ABAQUS软件对一种非金属非粘结软管建立了有限元分析模型。首先,对非金属非粘结软管在拉伸载荷作用下的力学性能进行了数值模拟计算,求得软管的拉伸刚度,并与现有的解析方法求解结果进行对比分析,结果较为吻合,从而验证了该有限元模型的正确性。随后,利用该有限元模型计算分析了非金属非粘结软管在拉伸、内压、外压、扭转、弯曲作用下各功能层的承载情况及其受力特点,同时也验证了采用玻璃钢作为螺旋扁带可以充分地利用复合材料各向异性的特点,使得玻璃钢扁带纤维方向上的强度得以充分利用。相关研究成果可以为实际工程中非金属非粘结软管的截面设计及其优化提供建议和参考,同时为软管端部接头的设计提供数据基础。 非金属非粘结软管在使用中必须配有端部接头。本文选用具体的海况参数采用Orcaflex软件对端部接头处软管所受的外载荷进行计算,再用ABAQUS有限元模型计算分析了该外载荷作用下端部接头连接处软管各功能层的应力分布和承载特点,分析结果既可以为端部接头的设计提供数据依据,也可用于软管强度的评价分析。


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