海洋復合材料柔性管的力學性能和優(yōu)化設計.pdf

1、柔性管道已廣泛用于石油工業(yè)，諸如：靜態(tài)管線和動態(tài)立管等。他們把衛(wèi)星井和平臺通過石油管匯連接起來。在深海中，由于其彎曲剛度?。ㄏ鄬τ诳估瓌偠群团まD剛度），柔性管可以承受大變形和大位移，因此，柔性管成為人們關注的熱點和焦點。但是，由于柔性管一般采用面向用戶設計，而且許多重要的部件仍為國外幾大公司掌握的專利產品。為促進柔性管設計制造的國產化，本文通過有限元軟件ANSYS參數(shù)化設計語言來建模分析柔性管主要承力層幾何尺寸對結構整體應力分布的影響。

2、 ANSYS參數(shù)化設計語言（APDL）是ANSYS的二次開發(fā)語言，利用APDL程序語言可以實現(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，通過直接修改相應的設計參數(shù)、載荷條件、邊界條件等來實現(xiàn)對不同幾何尺寸、不同工況和不同位移約束條件下的模型進行分析。 本文應用APDL語言，實現(xiàn)了建模過程的程序化，自動化，對典型五層粘結柔性管、四層無粘結柔性管和五層無粘結柔

3、性管中主要承力層的不同幾何尺寸和不同載荷條件進行了參數(shù)化處理和計算。通過單向拉伸實驗，驗證了兩種型號無粘結柔性管模型的有效性。在此基礎上，從三維有限元分析計算得到了以下結論： 1）在線彈性范圍內的典型五層粘結柔性管在內外壓單獨作用時，各層徑向應力存在連續(xù)性。內壓作用時，粘結柔性管最外層的徑向應力遠小于其它各層。對于粘結柔性管的環(huán)向應力，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各層應力分布的影響并不太明顯。

4、 2）在線彈性范圍內的典型五層粘結柔性管在內外壓單獨作用時，隨著扁鋼層厚度的增加，雖然其徑向應力的減少不明顯，但是其環(huán)向應力的減少非常顯著。因此柔性管設計應根據(jù)柔性管工作的實際海況和施工要求，應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）在線彈性范圍內的典型五層粘結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力減小，而內三層的平均軸向應力卻增大了