海洋非粘结性柔性管设计和分析的验证实验研究

论文摘要

管道是海洋工程中运输油气资源的主要方法之一。柔性管是管道中的一种,因为拥有比钢管更优的性能而大量的应用于海洋工程中。柔性管的管壁结构复杂,特别是非粘结性柔性管管壁结构由多种材料非粘结复合而成,是一种特殊的复合材料,被定义为结构化的复合材料。非粘结性管道中层与层之间的摩擦、接触等导致的非线性问题导致对该结构的分析困难。由于现在解析和数值分析方法的局限性,需要通过验证实验对设计的方法和结果进行验证。所以,本文主要工作是要建立一套针对柔性管设计方法的验证实验系统。但是,柔性管是一种复杂结构,没有标准实验方法可以依据,其试件长度较长,现有标准实验机也无法满足柔性管实验要求。更重要的是,对于验证实验的项目、设计和方法,需要基于柔性管的分析方法,目前还缺少具体的研究和装置平台。本文从设计原理和设计中的分析方法出发,通过对分析方法的阐述,明确分析方法中的不足,给出了包括产品检验、拉伸实验、扭转实验、弯曲实验、内压实验、外压压溃实验、最小弯曲半径实验、横向挤压实验、轴向压缩实验以及热膨胀实验等验证实验的设计依据,对每一个实验进行设计和建立,进而建立起整套实验系统。在建立起的系统上对两条不同结构的柔性管进行实验,对设计和分析方法进行验证,并给出比较。本文工作促进了国产化柔性管的研究进程。尽管该验证实验系统已经建立,但是还需要进一步的完善和更深入的研究。未来的研究工作主要包括两方面,第一是对现有实验系统的完善,第二就是对动态实验的设计和建立,如疲劳实验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及其意义
• 1.2 海洋柔性管简介
• 1.2.1 海洋柔性管结构
• 1.2.2 柔性管的结构优点
• 1.3 问题阐述
• 1.4 本文主要工作
• 1.4.1 本文工作目标
• 1.4.2 技术路线及本文思路
• 2 非粘结性柔性管设计和分析
• 2.1 非粘结性柔性管设计概述
• 2.2 非粘结性柔性管的局部分析文献综述
• 2.3 非粘结性柔性管的整体分析简介
• 2.3.1 非粘结性柔性管的铺设整体分析
• 2.3.2 非粘结性柔性管的在位整体分析
• 2.4 非粘结性柔性管实验文献综述
• 3 非粘结性柔性管验证实验设计理论基础
• 3.1 非粘结性柔性管的局部分析及其验证实验
• 3.1.1 拉伸理论模型
• 3.1.2 扭转理论模型
• 3.1.3 弯曲理论模型
• 3.1.4 内压理论模型
• 3.1.5 外压理论模型
• 3.1.6 柔性管的数值方法
• 3.2 非粘结性柔性管的整体分析及其验证实验
• 4 非粘结性柔性管验证实验系统的建立
• 4.1 产品检验
• 4.2 拉伸实验设计
• 4.3 扭转刚度实验设计
• 4.4 弯曲刚度实验设计
• 4.5 内压实验设计
• 4.6 外压压溃实验设计
• 4.7 最小弯曲半径实验设计
• 4.8 横向挤压实验设计
• 4.9 轴向压缩实验设计
• 4.10 热膨胀实验设计
• 5 国产非粘结性柔性管实验验证
• 5.1 WR柔性管实验验证
• 5.1.1 拉伸实验验证
• 5.1.2 弯曲实验验证
• 5.1.3 扭转实验验证
• 5.1.4 内压实验验证
• 5.1.5 压溃实验验证
• 5.2 MS柔性管实验验证
• 5.2.1 拉伸实验验证
• 5.2.2 弯曲与扭转刚度实验验证
• 5.2.3 内压实验验证
• 5.2.4 压溃实验验证
• 5.2.5 海底稳定性实验验证
• 5.2.6 屈曲隆起实验验证
• 5.2.7 张紧器实验验证
• 5.3 实验结果比较分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢