轴向压缩载荷下非粘结柔性立管抗拉铠装层失效模式与特性研究

发布时间：2025-07-03 06:02

　　非粘结柔性立管作为海洋油气钻探工程中的关键设备,在其安装和作业过程中可能遭遇较大的轴向压缩载荷,从而导致抗拉铠装层发生径向失效或侧向失效。抗拉铠装层的失效会导致结构发生大变形,承载能力大幅度下降,可能对结构安全性和海洋环境造成重要的影响。本文针对非粘结柔性立管在轴向压缩载荷下的失效问题开展研究,主要内容包括:本文采用参数化建模技术对一类6英寸非粘结柔性立管建立了三维数值分析模型,采用非线性有限元显式动力分析算法,对柔性立管的轴向极限承载力问题进行分析,分析中计及了材料非线性、几何大变形、层间接触和摩擦等非线性效应。对轴向压缩载荷下非粘结柔性立管失效问题,开展了设计参数的定量分析对比。以抗拉铠装层螺旋钢带数目、螺旋钢带铺设角度、外部聚合物层厚度三个设计参数为变量进行了计算,研究这三个变量对非粘结柔性立管的失效模式特点和轴向承压能力的影响。研究了不同的层间摩擦系数对柔性立管失效模式和轴向承载力的影响,分析了非粘结柔性立管在不同管外压力作用下抗拉铠装层轴向压缩极限承载能力的变化以及螺旋钢带失效变形的特点。本文的相关研究结果可以为非粘结柔性立管的设计优化与安全评估提供参考。

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 非粘结柔性立管结构特点
    1.3 非粘结柔性立管典型的失效形式
    1.4 本文主要工作
第二章 非粘结柔性立管的基本力学理论
    2.1 概述
    2.2 非粘结柔性立管理论分析模型
        2.2.1 圆柱壳平衡方程
        2.2.2 矩形截面螺旋钢带平衡方程
        2.2.3 抗拉铠装层失效理论模型
    2.3 非粘结柔性立管数值模型
        2.3.1 完整的数值分析模型
        2.3.2 简化数值模型
    2.4 非粘结柔性立管试验研究
    2.5 小结
第三章 非粘结柔性立管非线性有限元数值模型
    3.1 概述
    3.2 有限元模型信息
        3.2.1 几何与材料属性
        3.2.2 非线性分析要素
        3.2.3 边界条件与加载
    3.3 参数化建模
    3.4 小结
第四章 抗拉铠装层与外部聚合物层设计参数对立管轴向承载力的影响分析
    4.1 概述
    4.2 螺旋钢带数目的影响
    4.3 螺旋钢带铺设角度的影响
        4.3.1 有限元模型
        4.3.2 结果分析
    4.4 外部聚合物层厚度的影响
    4.5 小结
第五章 柔性立管外压与摩擦系数对轴向承载力的影响分析
    5.1 概述
    5.2 摩擦系数的影响
    5.3 外压作用下柔性立管轴向承载能力分析
        5.3.1 有限元模型
        5.3.2 结果分析
    5.4 小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文工作总结
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表学术论文情况



本文编号：4055880