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(jié)構(gòu)4

1.2.1鋼帶增強柔性管典型結(jié)構(gòu)5

1.2.2非粘結(jié)管典型結(jié)構(gòu)7

1.2.3玻纖增強柔性管典型結(jié)構(gòu)8

1.3柔性管結(jié)構(gòu)分析現(xiàn)狀10

參考文獻(xiàn)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(zhì)17

2.1.2壓潰試驗19

2.1.3試驗結(jié)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(jié)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(gòu)型影響29

2.4.3摩擦系數(shù)影響30

2.5本章小結(jié)31

參考文獻(xiàn)31

第3章鋼帶增強柔性管抗扭轉(zhuǎn)能力33

3.1試驗研究35

3.1.1試驗設(shè)備和試件制作35

3.1.2試驗步驟和試驗結(jié)果36

3.2整管試驗38

3.2.1試驗設(shè)備和樣管制作38

3.2.2試驗步驟和試驗結(jié)果39

3.3純扭轉(zhuǎn)有限元模擬40

3.3.1材料性能41

3.3.2幾何構(gòu)造41

3.3.3坐標(biāo)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(jié)果討論43

3.3.7HDPE層力學(xué)分析45

3.3.8鋼帶層力學(xué)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(jié)53

參考文獻(xiàn)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(jié)果58

4.2力學(xué)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(jié)61

參考文獻(xiàn)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(yīng)力分析70

5.3.3內(nèi)外層HDPE應(yīng)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(jié)74

參考文獻(xiàn)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(jié)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(jié)果對比85

6.3理論模型89

6.3.1基本假設(shè)89

6.3.2鋼帶層力學(xué)模型91

6.3.3內(nèi)外層PE力學(xué)模型93

6.3.4軸對稱力學(xué)模型96

6.4結(jié)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(jié)101

參考文獻(xiàn)102

第7章內(nèi)壓荷載下帶有扣壓式接頭的管道應(yīng)力集中效應(yīng)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(yīng)力應(yīng)變關(guān)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(yīng)變關(guān)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(jié)121

參考文獻(xiàn)121

第8章螺栓法蘭式接頭密封性能125

8.1密封結(jié)構(gòu)形式128

8.2密封圈應(yīng)力分析130

8.3接觸壓力分析132

8.4密封圈結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(jié)140

參考文獻(xiàn)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(jié)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(jié)果討論156

9.4推薦使用設(shè)計安全系數(shù)157

9.5本章小結(jié)159

參考文獻(xiàn)160

第2篇非粘結(jié)柔性管

第10章非粘結(jié)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(jié)176

參考文獻(xiàn)176

第11章非粘結(jié)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(jié)果與解析解的比較190

11.3受限彈性螺旋結(jié)構(gòu)壓潰數(shù)值分析191

11.3.1受限螺旋結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)198

參考文獻(xiàn)198

第12章非粘結(jié)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(jié)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(jié)果212

12.4試驗結(jié)果與理論解的比較213

12.5本章小結(jié)214

參考文獻(xiàn)214

第13章不同水深下非粘結(jié)柔性管結(jié)構(gòu)設(shè)計217

13.1結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)果討論225

13.5本章小結(jié)230

參考文獻(xiàn)231

第14章不同內(nèi)徑下高壓非粘結(jié)柔性管結(jié)構(gòu)設(shè)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(zhì)層237

14.1.3管道整體剛度矩陣239

14.1.4爆破失效準(zhǔn)則239

14.2有限元分析240

14.3結(jié)果討論243

14.4結(jié)構(gòu)設(shè)計245

14.5本章小結(jié)248

參考文獻(xiàn)248

第15章非粘結(jié)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(xué)模型254

15.2.2抗拉鎧裝層力學(xué)性能256

15.2.3整體力學(xué)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(jié)果討論262

15.5案例分析265

15.6本章小結(jié)266

參考文獻(xiàn)266

第16章新型柔性管截面設(shè)計269

16.1截面設(shè)計概述271

16.2非粘結(jié)柔性管算例分析272

16.2.1有限元分析275

16.2.2結(jié)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(jié)果討論281

16.4本章小結(jié)281

參考文獻(xiàn)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(zhuǎn)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(jié)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(hù)套位置影響297

17.5本章小結(jié)299

參考文獻(xiàn)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(shè)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(jié)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(shè)備314

18.3.3試驗步驟314

18.3.4試驗結(jié)果315

18.4結(jié)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(jié)320

參考文獻(xiàn)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(jié)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(xiàn)度337

19.4.4玻璃纖維應(yīng)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(hù)層厚度340

19.6本章小結(jié)341

參考文獻(xiàn)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(shè)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(jié)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(jié)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(gòu)型360

20.5.3材料性能362

20.6本章小結(jié)363

參考文獻(xiàn)363

第21章玻纖增強柔性管抗扭轉(zhuǎn)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(shè)369

21.2.2理論模型370

21.2.3坐標(biāo)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(jié)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(jié)380

參考文獻(xiàn)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(jié)果386

22.2非線性屈曲理論386

22.2.1基本假設(shè)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(jié)果393

22.4結(jié)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(jié)396

參考文獻(xiàn)396

第23章玻纖增強柔性管截面設(shè)計399

23.1相關(guān)術(shù)語401

23.2管道基本結(jié)構(gòu)402

23.2.1總體結(jié)構(gòu)402

23.2.2材料性能402

23.3強度失效設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計的失效準(zhǔn)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(shè)計準(zhǔn)則406

23.6本章小結(jié)406

參考文獻(xiàn)407