柔性立管静力分析

论文摘要

非粘结柔性立管的持续发展是支撑海洋石油工业进步的核心因素。它的主要优势是：能够承受由海流、涡激振动、浮体运动和安装等引起的载荷所产生的大变形。但非粘结柔性立管的复杂结构,使得对其分析变得比较困难。为了得到立管结构响应的各个重要方面,如层间摩擦滑移引起的能量耗散,滞后响应和疲劳损伤等等,需要更有效和更精确的方法。本文以平面应力状态的应力应变关系为基础,建立了求解非粘结柔性立管刚度的刚度矩阵。其中抗磨层、覆盖层等软管层用各向同性的弹性体在平面应力状态的应力应变关系；构架层因其大角度螺旋结构导致了力学性能变化,所以用正交异性的弹性体的平面应力状态的应力应变关系模拟。建立各层的刚度矩阵然后进行叠加,就得到了非粘结柔性立管总的刚度矩阵。理论模型的弊端是难以估计层间摩擦对非粘结柔性立管静态响应的影响,而层间摩擦正是导致静态响应为非线性的主要原因。为了考虑层间摩擦的影响,本文使用ABAQUS软件建立有限元模型进行计算。由于立管构架层的径向刚度很大,所以使用壳单元模拟,抗拉装甲层使用梁单元,其它层使用实体单元模拟。立管各层之间是三维接触,使用基于库伦摩擦模型的罚函数接触方法。本文比较了非粘结柔性立管理论模型计算和有限元模型计算的结果,比较了非粘结柔性立管未考虑摩擦的有限元模型的结果和考虑摩擦的有限元模型的结果。本文最后讨论了层间摩擦对非粘结柔性立管弯矩-曲率响应曲线的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文的研究背景和研究意义
• 1.3 立管概述
• 1.3.1 柔性立管概述
• 1.3.2 柔性管的优势
• 1.3.3 柔性立管的发展
• 1.4 柔性管道研究概述
• 1.4.1 柔性管道的数值分析
• 1.4.2 柔性管道的有限元分析
• 1.5 本论文的主要研究工作
• 第2章 柔性立管总体刚度矩阵
• 2.1 柔性立管刚度矩阵基本原理
• 2.1.1 弹性体的平面应力应变状态
• 2.1.2 功能相等
• 2.2 各层刚度矩阵
• 2.3 总刚度矩阵
• 2.4 层间接触压力
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于ABAQUS的有限元模型
• 3.1 ABAQUS有限元模型1
• 3.2 ABAQUS有限元模型2
• 3.3 Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit对比
• 3.4 分析步长的确定
• 3.5 本章小结
• 第4章 柔性立管的理论分析和有限元模型分析
• 4.1 模型1算例
• 4.2 ABAQUS中的能量平衡
• 4.3 模型2算例
• 4.3.1 立管刚度理论值
• 4.3.2 立管刚度有限元值
• 4.3.3 立管理论值和有限元值的比较
• 4.4 本章小结
• 第5章 非粘结柔性立管弯曲响应研究
• 5.1 弹塑性基本原理
• 5.2 平移法
• 5.3 算例
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A
• 附录B
• 附录C