海洋柔性管

第1章海洋柔性管概述1

1.1柔性管分類和特點3

1.2柔性管典型結構4

1.2.1鋼帶增強柔性管典型結構5

1.2.2非粘結管典型結構7

1.2.3玻纖增強柔性管典型結構8

1.3柔性管結構分析現(xiàn)狀10

參考文獻11

第1篇鋼帶增強柔性管

第2章鋼帶增強柔性管抗壓潰能力15

2.1試驗研究17

2.1.1管道材料性質17

2.1.2壓潰試驗19

2.1.3試驗結果20

2.2有限元數(shù)值模擬21

2.2.1網(wǎng)格及接觸面21

2.2.2荷載及邊界條件22

2.2.3結果討論23

2.3壓潰壓力簡化估算公式25

2.4參數(shù)分析27

2.4.1初始缺陷影響27

2.4.2幾何構型影響29

2.4.3摩擦系數(shù)影響30

2.5本章小結31

參考文獻31

第3章鋼帶增強柔性管抗扭轉能力33

3.1試驗研究35

3.1.1試驗設備和試件制作35

3.1.2試驗步驟和試驗結果36

3.2整管試驗38

3.2.1試驗設備和樣管制作38

3.2.2試驗步驟和試驗結果39

3.3純扭轉有限元模擬40

3.3.1材料性能41

3.3.2幾何構造41

3.3.3坐標系和荷載步41

3.3.4網(wǎng)格劃分和接觸定義42

3.3.5荷載和邊界條件43

3.3.6結果討論43

3.3.7HDPE層力學分析45

3.3.8鋼帶層力學分析47

3.4參數(shù)分析50

3.4.1軸向約束影響50

3.4.2鋼帶布置影響51

3.4.3摩擦系數(shù)影響51

3.4.4軸向荷載影響52

3.5本章小結53

參考文獻54

第4章鋼帶增強柔性管抗彎曲能力55

4.1有限元分析57

4.1.1模型和材料特性58

4.1.2載荷和邊界條件58

4.1.3分析結果58

4.2力學特性研究和討論59

4.2.1聚乙烯內(nèi)管道層59

4.2.2聚乙烯外管道層60

4.2.3鋼帶層61

4.3本章小結61

參考文獻62

第5章鋼帶增強柔性管爆破壓力63

5.1試驗研究65

5.2理論模型與有限元模型68

5.3有限元分析與討論69

5.3.1爆破壓力對比69

5.3.2增強層中應力分析70

5.3.3內(nèi)外層HDPE應力分析71

5.4參數(shù)分析72

5.4.1徑厚比72

5.4.2摩擦系數(shù)73

5.4.3增強層厚度73

5.4.4增強層纏繞角度74

5.5本章小結74

參考文獻75

第6章鋼帶增強柔性管拉伸性能77

6.1試驗研究79

6.1.1試驗步驟79

6.1.2試驗結果分析80

6.2有限元數(shù)值模擬83

6.2.1單元及接觸條件84

6.2.2荷載及邊界條件84

6.2.3材料參數(shù)輸入84

6.2.4試驗及有限元結果對比85

6.3理論模型89

6.3.1基本假設89

6.3.2鋼帶層力學模型91

6.3.3內(nèi)外層PE力學模型93

6.3.4軸對稱力學模型96

6.4結果討論96

6.4.1有限元模型建立96

6.4.2C1模型對比分析97

6.4.3C2模型對比分析99

6.4.4C3模型對比分析100

6.5本章小結101

參考文獻102

第7章內(nèi)壓荷載下帶有扣壓式接頭的管道應力集中效應103

7.1材料簡化模型106

7.1.1材料特性分析106

7.1.2材料應力應變關系107

7.1.3邊界條件108

7.1.4數(shù)值迭代模型108

7.2管道/接頭理論模型109

7.2.1層間擠壓力計算模型110

7.2.2管壁位移應變關系110

7.3實例分析115

7.3.12英寸四層增強層鋼帶管115

7.3.22英寸六層增強層鋼帶管116

7.4參數(shù)分析118

7.4.1徑厚比118

7.4.2增強層纏繞角119

7.4.3增強層厚度120

7.5本章小結121

參考文獻121

第8章螺栓法蘭式接頭密封性能125

8.1密封結構形式128

8.2密封圈應力分析130

8.3接觸壓力分析132

8.4密封圈結構優(yōu)化設計133

8.5工作狀態(tài)下密封性能分析136

8.5.1內(nèi)壓荷載下密封性能分析136

8.5.2外壓荷載下密封性能分析139

8.6本章小結140

參考文獻141

第9章鋼帶增強柔性管可靠性安全系數(shù)143

9.1安全系數(shù)計算過程145

9.2外壓作用下安全系數(shù)的矯正147

9.2.1隨機模型147

9.2.2結果討論149

9.3不同分布類型的影響151

9.3.1NN分布152

9.3.2LNLN分布154

9.3.3LNGumbel分布155

9.3.4結果討論156

9.4推薦使用設計安全系數(shù)157

9.5本章小結159

參考文獻160

第2篇非粘結柔性管

第10章非粘結柔性管受限外壓穩(wěn)定理論163

10.1圓管經(jīng)典穩(wěn)定理論165

10.2含缺陷圓管彈塑性穩(wěn)定理論168

10.3受剛性限制圓管穩(wěn)定理論169

10.4受彈性限制圓管穩(wěn)定理論174

10.5本章小結176

參考文獻176

第11章非粘結柔性管受限壓潰數(shù)值179

11.1受限彈性內(nèi)層壓潰數(shù)值研究181

11.1.1研究方法181

11.1.2數(shù)值分析建模要點183

11.2受限彈性等效長管壓潰數(shù)值分析184

11.2.1受限等效長管模型184

11.2.2抗彎剛度比對受限壓潰的影響185

11.2.3受限等效長管模型壓潰模態(tài)分析187

11.2.4徑厚比對受限壓潰的影響189

11.2.5數(shù)值計算結果與解析解的比較190

11.3受限彈性螺旋結構壓潰數(shù)值分析191

11.3.1受限螺旋結構壓潰模型191

11.3.2抗彎剛度比對受限壓潰的影響192

11.3.3受限螺旋結構壓潰模態(tài)分析195

11.3.4徑厚比對受限壓潰的影響196

11.4本章小結198

參考文獻198

第12章非粘結柔性管受限壓潰試驗199

12.1材料試驗203

12.2壓潰試驗205

12.2.1試驗過程206

12.2.2試驗結果207

12.3試驗管段的數(shù)值模擬210

12.3.1試驗管段有限元模型210

12.3.2試驗管段有限元結果212

12.4試驗結果與理論解的比較213

12.5本章小結214

參考文獻214

第13章不同水深下非粘結柔性管結構設計217

13.1結構設計簡介219

13.2解析方法220

13.2.1初始缺陷220

13.2.2骨架層屈曲222

13.3數(shù)值模型223

13.4結果討論225

13.5本章小結230

參考文獻231

第14章不同內(nèi)徑下高壓非粘結柔性管結構設計233

14.1解析方法235

14.1.1聚合物層236

14.1.2螺旋纏繞鋼質層237

14.1.3管道整體剛度矩陣239

14.1.4爆破失效準則239

14.2有限元分析240

14.3結果討論243

14.4結構設計245

14.5本章小結248

參考文獻248

第15章非粘結柔性管拉伸性能251

15.1拉伸性能概述253

15.2理論模型254

15.2.1抗壓鎧裝層力學模型254

15.2.2抗拉鎧裝層力學性能256

15.2.3整體力學性能257

15.3數(shù)值模型258

15.3.1抗壓鎧裝層剛度258

15.3.2管道整體260

15.4結果討論262

15.5案例分析265

15.6本章小結266

參考文獻266

第16章新型柔性管截面設計269

16.1截面設計概述271

16.2非粘結柔性管算例分析272

16.2.1有限元分析275

16.2.2結果討論277

16.3鋼帶增強柔性管算例分析278

16.3.1有限元分析279

16.3.2結果討論281

16.4本章小結281

參考文獻281

第17章柔性管纏管分析283

17.1纏管概述285

17.2局部模型分析287

17.2.1拉伸模型287

17.2.2扭轉模型289

17.2.3彎曲模型289

17.3卷管整體模型290

17.3.1整體模型幾何尺寸291

17.3.2網(wǎng)格劃分和接觸定義291

17.3.3荷載步和邊界條件291

17.3.4模擬結果分析292

17.4參數(shù)分析294

17.4.1卷筒外徑影響294

17.4.2下沉距離影響295

17.4.3上卷長度影響296

17.4.4護套位置影響297

17.5本章小結299

參考文獻299

第3篇玻纖增強柔性管

第18章玻纖增強柔性管抗內(nèi)壓強度303

18.1數(shù)值理論305

18.1.1基本假設305

18.1.2理論分析305

18.1.3邊界條件308

18.2有限元仿真模擬計算309

18.2.1材料參數(shù)309

18.2.2有限元模型310

18.2.3仿真結果310

18.3短期爆破內(nèi)壓試驗313

18.3.1樣管參數(shù)313

18.3.2試驗設備314

18.3.3試驗步驟314

18.3.4試驗結果315

18.4結果討論317

18.5參數(shù)分析319

18.5.1纏繞角度319

18.5.2徑厚比319

18.5.3加強層數(shù)320

18.6本章小結320

參考文獻321

第19章玻纖增強柔性管抗拉強度323

19.1數(shù)值理論325

19.1.1基本假定325

19.1.2截面簡化326

19.1.3軸向變形326

19.1.4截面變形327

19.1.5體系平衡方程329

19.1.6數(shù)值求解方法329

19.2試驗研究330

19.3有限元研究332

19.3.1幾何模型332

19.3.2材料參數(shù)334

19.3.3耦合作用及邊界條件334

19.4結果討論335

19.4.1軸向荷載軸向位移曲線335

19.4.2截面變形336

19.4.3材料貢獻度337

19.4.4玻璃纖維應力337

19.5參數(shù)分析338

19.5.1纖維纏繞角度338

19.5.2纖維數(shù)量339

19.5.3徑厚比339

19.5.4內(nèi)襯層和外保護層厚度340

19.6本章小結341

參考文獻341

第20章玻纖增強柔性管抗外壓強度343

20.1數(shù)值理論345

20.1.1基本假設345

20.1.2材料簡化模型345

20.1.3運動方程347

20.1.4虛功方程347

20.1.5數(shù)值計算348

20.2有限元分析350

20.2.1幾何參數(shù)和材料性能350

20.2.2有限元模型350

20.2.3計算結果351

20.3外壓試驗352

20.3.1材料試驗352

20.3.2試驗過程354

20.4結果討論357

20.5參數(shù)分析357

20.5.1初始缺陷358

20.5.2幾何構型360

20.5.3材料性能362

20.6本章小結363

參考文獻363

第21章玻纖增強柔性管抗扭轉能力365

21.1試驗研究367

21.2數(shù)值理論369

21.2.1基本假設369

21.2.2理論模型370

21.2.3坐標系370

21.2.4邊界條件372

21.2.5幾何非線性373

21.3有限元研究373

21.3.1幾何參數(shù)和材料性能373

21.3.2有限元模型374

21.4結果討論376

21.5參數(shù)分析377

21.5.1纏繞角度377

21.5.2徑厚比378

21.5.3加強層厚度379

21.6本章小結380

參考文獻380

第22章玻纖增強柔性管最小彎曲半徑381

22.1彎曲試驗383

22.1.1試驗裝置383

22.1.2材料屬性及幾何參數(shù)385

22.1.3試驗過程385

22.1.4試驗結果386

22.2非線性屈曲理論386

22.2.1基本假設386

22.2.2運動方程387

22.2.3材料簡化模型388

22.2.4虛功方程389

22.2.5理論解法390

22.3有限元研究391

22.3.1有限元模型391

22.3.2計算結果393

22.4結果討論394

22.5參數(shù)分析395

22.5.1橢圓度395

22.5.2徑厚比395

22.6本章小結396

參考文獻396

第23章玻纖增強柔性管截面設計399

23.1相關術語401

23.2管道基本結構402

23.2.1總體結構402

23.2.2材料性能402

23.3強度失效設計標準403

23.3.1爆破壓力403

23.3.2內(nèi)壓彎矩下的爆破壓力404

23.3.3屈服拉力404

23.4失穩(wěn)設計的失效準則405

23.4.1最小彎曲半徑405

23.4.2外壓失穩(wěn)壓力406

23.5泄漏失效設計準則406

23.6本章小結406

參考文獻407