柔性管道骨架層成形工藝設計及有限元分析.pdf

1、隨著陸地資源的逐漸消耗和海洋資源開采技術的飛速發(fā)展，海洋油氣運輸管道的需求量日益增加。由于柔性管道有著許多普通運輸管道無法具備的優(yōu)異性能，在很多海洋開采工程中必須或優(yōu)先考慮使用柔性管道。柔性管道由多層金屬鎧裝層以及多層聚合物層組成，骨架層(carcass)作為最內層，需要在滿足一定柔性的前提下防止由于外層壓力導致的內層聚合物層的壓潰現(xiàn)象，其結構是一種特定型材螺旋纏繞的互鎖金屬結構。骨架層的制造工藝十分復雜，是柔性管道生產中的核心技術之一

2、。本文采用有限元仿真方法研究了骨架層的制造工藝，探討了柔性管道骨架層成形的關鍵技術。
　　制造骨架層的核心技術是輥彎成形工藝。本文基于輥彎成形過程中板帶與軋輥的接觸情況，建立了描述板帶變形特征的數(shù)學模型，該模型可以預測彎曲角分布和縱向應變變化情況。結果表明:板帶的縱向應變大小與變形截面以及軋輥尺寸有關，縱向應變在道次之間呈現(xiàn)先升高后降低規(guī)律，峰值出現(xiàn)在第一接觸點處;隨著邊腿長度的增加，縱向應變期初呈增加，隨后呈降低，拐點出現(xiàn)在邊腿

3、長度為約12mm處;縱向應變峰值隨著軋輥半徑的增加而減小。
　　為探索合理的板帶成形有限元模擬參數(shù)，本文運用有限元軟件MARC/mentat2012進行了三道次U型型材的輥彎成形模擬和Ti-6Al-4V板料的自由彎曲回彈模擬，并將模擬結果與實驗結果進行了對比分析。結果表明:所選擇的模擬參數(shù)能夠較好模擬板材的折彎變形特征;實體殼單元（M-RESS）在模擬板帶折彎成形，尤其在需要預測回彈時，有良好的表現(xiàn);合理的網(wǎng)格劃分和厚度方向積分點