非粘合柔性立管整體分析及端部效應數值模擬.pdf

1、隨著深水油氣田的陸續(xù)開發(fā)，非粘合柔性立管因其良好的柔性、易于安裝、抗腐蝕和耐高壓等優(yōu)點，廣泛應用于目前的油氣產業(yè)。由于層間滑移的存在，柔性立管的彎矩-曲率關系呈現出明顯的非線性和遲滯現象。在整體分析方面，工程上傳統(tǒng)的做法是假設柔性立管的彎矩-曲率關系為線性，即采用完全滑移后的彎曲剛度。然而，這種做法不僅導致整體分析和疲勞分析的結果過于保守，還會影響柔性立管的有效設計。此外，端部配件是柔性立管系統(tǒng)的重要組成部分，在動態(tài)應用中，立管與上部浮

2、體的連接屬于剛性連接，相連部位易產生較大的彎曲載荷，且沿管長方向的拖曳力會使立管承受較大的拉伸載荷，因此立管端部容易產生應力集中和疲勞破壞。
　　本文的主要任務是確定一種適合深海采油的柔性立管整體分析方案并且對柔性立管抗拉鎧裝條帶的端部效應進行數值模擬。
　　文中首先對柔性立管在整體分析中所需考慮的各種阻尼因素進行了系統(tǒng)地梳理與總結，包括流體阻尼、海底摩擦、遲滯阻尼和材料阻尼，并根據各自的特性給出了相應的處理辦法。重點分析了

3、由層間滑移導致的遲滯阻尼，給出兩種處理方法，一是等效粘性阻尼法，二是Orcina模型法。
　　根據彎曲剛度和遲滯阻尼模擬的不同，本文采用三種模型:(1)線性彎矩-曲率關系與等效粘性阻尼法模型，EVDM-L模型;(2)非線性彎矩-曲率關系與等效粘性阻尼法模型，EVDM-N模型;(3)非線性彎矩-曲率關系與Orcina模型法模型，OM模型。通過比較三者的動態(tài)響應結果發(fā)現:在進行非粘合柔性立管的整體動力分析時，采用直接分析法最為適宜。<

4、br>　　本文建立了一種在軸向拉伸和恒定彎曲聯合作用下端部配件對柔性立管抗拉鎧裝條帶響應影響的有限元分析模型。首先將不考慮摩擦作用時的結果與理論模型的結果對比驗證了數值模型的有效性，進而考慮了摩擦的影響。分析發(fā)現:端部約束會顯著增加條帶端部的側向彎曲應力，且隨著曲率的增加呈線性增加的趨勢;應力大小與條帶的起始位置有關，最大值出現在受壓一側距中性軸最遠處;當考慮摩擦時，該處的彎曲應力減小，但隨著摩擦系數的增大，應力值依然增大。此外，層摩擦