海洋柔順性管纜鎧裝鳥籠現(xiàn)象機(jī)理研究.pdf

1、我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展促使能源的大量消耗，陸地資源開采的同時(shí)也對(duì)海洋油氣資源進(jìn)行了勘探開發(fā)。海洋柔順性管纜是深海油氣開發(fā)中必不可少的海洋裝備之一，主要包括海洋非粘接性柔性管、臍帶纜及海纜等，共同特點(diǎn)為均具有螺旋纏繞的鎧裝結(jié)構(gòu)。柔順性管纜在安裝鋪設(shè)及在位服役等工況會(huì)受到風(fēng)浪流等載荷作用，會(huì)導(dǎo)致觸地點(diǎn)處鎧裝出現(xiàn)徑向鳥籠。徑向鳥籠會(huì)對(duì)管纜造成極大的破壞。因此本文針對(duì)柔順性管纜的徑向鳥籠機(jī)理開展了相應(yīng)的研究。論文主要內(nèi)容及結(jié)論總結(jié)如下。
　　

2、本文首先闡述國內(nèi)外柔順性管纜鎧裝徑向鳥籠研究現(xiàn)狀，系統(tǒng)總結(jié)并對(duì)比了該問題研究的三大方法，提出本文的研究思路。首先對(duì)基于一系列假設(shè)得到的螺旋鎧裝鋼絲發(fā)生徑向鳥籠的臨界載荷求解公式進(jìn)行分析。同時(shí)，對(duì)影響臨界載荷的參數(shù)開展簡(jiǎn)單敏感性分析，得到單一參數(shù)變化下的臨界載荷變化趨勢(shì)。其次，搭建了完整的鎧裝鋼絲徑向鳥籠機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究裝置。通過分析鋼絲變形過程中的位移載荷及應(yīng)變曲線，發(fā)現(xiàn)螺旋纏繞半徑越大，螺旋角度越大，達(dá)到臨界載荷之前螺旋鋼絲的載荷對(duì)加載位

3、移變化率越小，但對(duì)應(yīng)的臨界載荷值越大；同時(shí)可看到，螺旋結(jié)構(gòu)達(dá)到臨界值之前的變形過程中彈性與塑性均存在，且驗(yàn)證了該問題屬于典型的幾何非線性問題。接著，建立了與實(shí)驗(yàn)等同數(shù)值模型，對(duì)比并系統(tǒng)地分析數(shù)值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異性及實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議。通過數(shù)值研究比較完整地對(duì)影響臨界載荷的參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，得到本文所研究臍帶纜鎧裝結(jié)構(gòu)的單根鎧裝鋼絲在單倍螺距下的螺旋纏繞角度、截面慣性矩、螺旋纏繞半徑分別與臨界載荷大致呈下開口拋

4、物線增長(zhǎng)、線性增長(zhǎng)、負(fù)指數(shù)減小關(guān)系。
　　本文最后基于“863”項(xiàng)目中真實(shí)臍帶纜設(shè)計(jì)了多工況實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)臍帶纜鎧裝層在加載過程中鋼絲中間位置首先進(jìn)入塑性變形階段，同時(shí)也是徑向鳥籠發(fā)生的大致位置。單層鎧裝加載過程中載荷位移曲線走勢(shì)比較光滑，而雙層鎧裝因粘膠作用跳躍較大。通過對(duì)比單層與雙層鎧裝最大承受載荷，可得到管纜制造過程中給加強(qiáng)帶施加預(yù)纏繞力可大幅度提高其承載能力的結(jié)論。臍帶纜鎧裝層越長(zhǎng)，臨界載荷越小，且鎧裝層間的粘膠作用越不明顯。