海洋復(fù)合材料柔性管的力學(xué)性能和優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、柔性管道已廣泛用于石油工業(yè)，諸如：靜態(tài)管線和動(dòng)態(tài)立管等。他們把衛(wèi)星井和平臺(tái)通過石油管匯連接起來。在深海中，由于其彎曲剛度?。ㄏ鄬?duì)于抗拉剛度和扭轉(zhuǎn)剛度），柔性管可以承受大變形和大位移，因此，柔性管成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。但是，由于柔性管一般采用面向用戶設(shè)計(jì)，而且許多重要的部件仍為國外幾大公司掌握的專利產(chǎn)品。為促進(jìn)柔性管設(shè)計(jì)制造的國產(chǎn)化，本文通過有限元軟件ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語言來建模分析柔性管主要承力層幾何尺寸對(duì)結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力分布的影響。

2、 ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語言（APDL）是ANSYS的二次開發(fā)語言，利用APDL程序語言可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，施加參數(shù)化載荷和求解以及參數(shù)化后處理，從而實(shí)現(xiàn)有限元分析全過程的參數(shù)化。在參數(shù)化分析的過程中，通過直接修改相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)、載荷條件、邊界條件等來實(shí)現(xiàn)對(duì)不同幾何尺寸、不同工況和不同位移約束條件下的模型進(jìn)行分析。 本文應(yīng)用APDL語言，實(shí)現(xiàn)了建模過程的程序化，自動(dòng)化，對(duì)典型五層粘結(jié)柔性管、四層無粘結(jié)柔性管和五層無粘結(jié)柔

3、性管中主要承力層的不同幾何尺寸和不同載荷條件進(jìn)行了參數(shù)化處理和計(jì)算。通過單向拉伸實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了兩種型號(hào)無粘結(jié)柔性管模型的有效性。在此基礎(chǔ)上，從三維有限元分析計(jì)算得到了以下結(jié)論： 1）在線彈性范圍內(nèi)的典型五層粘結(jié)柔性管在內(nèi)外壓單獨(dú)作用時(shí)，各層徑向應(yīng)力存在連續(xù)性。內(nèi)壓作用時(shí)，粘結(jié)柔性管最外層的徑向應(yīng)力遠(yuǎn)小于其它各層。對(duì)于粘結(jié)柔性管的環(huán)向應(yīng)力，螺旋裝甲扁鋼層比其它各層大很多。此外，螺旋裝甲扁鋼層的纏繞角度對(duì)各層應(yīng)力分布的影響并不太明顯。

4、 2）在線彈性范圍內(nèi)的典型五層粘結(jié)柔性管在內(nèi)外壓單獨(dú)作用時(shí)，隨著扁鋼層厚度的增加，雖然其徑向應(yīng)力的減少不明顯，但是其環(huán)向應(yīng)力的減少非常顯著。因此柔性管設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)柔性管工作的實(shí)際海況和施工要求，應(yīng)合理選擇螺旋裝甲扁鋼層的厚度，以在保證柔性管承載能力的前提下，盡量增大柔性管的柔度。 3）在線彈性范圍內(nèi)的典型五層粘結(jié)柔性管在彎矩載荷作用下，隨著螺旋纏繞層螺旋角度的增加，最外兩層的平均軸向應(yīng)力減小，而內(nèi)三層的平均軸向應(yīng)力卻增大了