非黏结柔性管骨架层径向抗压能力计算方法

骨架层作为非黏结柔性管抗径向压力层,其性能决定了柔性管的安装性能和作业深度。但由于骨架层结构复杂,传统方法难以准确计算其抗压性能。通过骨架层截面等效方法,并利用压缩试验、三维及二维有限元方法和理论方法分析了骨架层的压缩性能。计算结果表明：(1)在对径压缩刚度分析中,三维有限元方法与试验结果误差为8.29%,截面等效的理论方法与试验结果误差为1.86%;(2)在均匀压缩临界载荷分析中,使用有限元方法并计入骨架层塑性参数才能获得准确的临界压溃载荷,三维有限元方法及截面等效的二维有限元方法与试验结果的误差分别为1.18%和0.88%。研究结果表明,骨架层压缩模型及骨架层截面等效方法具备实用性,能为骨架层设计及性能评估提供简便、可靠的方法。     

热塑性复合柔性管力学模型与铺层角度研究

热塑性复合材料柔性管(TCP)以其强度高、质量轻及耐腐蚀等优势逐渐成为传统钢制管道的替代品。TCP管的截面结构从内到外主要分为3层:内衬层、增强层和外保护层,通过热熔工艺粘合在一起形成完全粘结的实壁管道。研究了TCP管在多种载荷组合作用下的力学行为,建立了基于三维各向异性弹性理论的多层管结构的应力应变求解公式,并通过有限元仿真软件ABAQUS验证了理论公式的准确性。针对TCP作为井下连续管的应用工况,利用三维Tsai-Wu失效因子表征管道增强层各层的失效程度,对比了5组不同的铺层角度组合,研究了0°和90°铺层角度对管道承受较大拉伸载荷和内压载荷组合的影响。研究结果表明,增加0°铺层角度可以提高TCP管的轴向强度,同时减小面内剪切力,可以有效提高TCP连续管的承载性能。研究结果可为热塑性复合材料柔性管生产提供参考。     

拉伸作用下复合材料柔性管失效预测

复合材料柔性管凭借其结构优势,逐渐成为钢制管道的主要替代品。为深入理解其拉伸性能的影响机制,基于三维弹性力学理论对纤维增强热塑性柔性管的拉伸性能进行了深入探讨。在考虑材料非线性力学行为的基础上建立了柔性管三维力学模型,并结合三维Hashin-Yeh失效准则与非线性刚度退化模型,对柔性管在拉伸荷载作用下的损伤失效进行了分析。采用拉伸试验对理论模型进行验证,并采用理论模型开展缠绕角度及径厚比等参数的影响分析。研究结果表明：模型与试验结果对比符合度较好;缠绕角度对柔性管在拉伸工况下的应力分布有较为明显的影响,且直接影响柔性管的失效荷载和失效模式发生的顺序;增强层的首层失效和最终失效载荷随着径厚比的增加而增加,但径厚比并不影响失效模式的发生顺序。研究结论可为复合柔性管的设计制造提供重要参考。     

径向夹持载荷作用下海洋柔性管骨架层的静力特性研究

骨架层径向压缩失效是海洋柔性管的主要失效形式之一。为了分析海洋柔性管骨架层在径向夹持载荷作用下的力学特性,基于ABAQUS建立了考虑材料非线性的骨架层数值模拟模型,得到了层间相互作用和压块数量对骨架层径向压缩时力学特性的影响。计算发现:当施加相同载荷时,考虑骨架层层间滑动将增大骨架层径向压缩位移;压块数量是骨架层径向压缩特性的重要影响因素,压块数量越多,骨架层径向压缩刚度越大,许可径向压缩力越大,但许可径向压缩位移越小;压块数量超过4个时,压块数量对骨架层径向压缩特性的影响逐渐减小。研究结果表明,给出的数值方法能有效计算柔性管通过不同压块数量的张紧器时,柔性管不发生过度变形的最大加载位移和最大夹持力。      

柔性立管内部骨架层径向承载能力计算研究

骨架层作为非粘接柔性立管的最内层结构,其主要失效形式是径向压溃。为了探讨骨架层的径向承载能力,以铁木辛柯弹性稳定理论为基础,通过模型简化及刚度等效方法,建立了非粘接柔性立管骨架层的理论模型,求得其在静水压力作用下的临界压溃值。针对理论模型无法计入层间接触、材料非线性及初始椭圆度等因素,利用ABAQUS建立骨架层的三维有限元数值模型,分析了骨架层的材料非线性和初始椭圆度对骨架层径向失效的影响。分析结果表明:材料非线性会较大幅度地降低骨架层的临界压溃值;随着初始椭圆度的增大,骨架层临界压溃值减小。利用多层厚壁圆筒模型计算出骨架层在不同初始椭圆度下,考虑材料非线性柔性立管所能下放铺设的适用水深,实现了其工程应用。所得结果可为柔性立管的安全使用提供参考。     

非黏结柔性立管轴对称载荷作用下的结构响应和数值分析

轴对称载荷是柔性立管的主要受载形式,由于结构组成的复杂性,柔性立管在轴对称载荷作用下的结构响应往往难以确定。基于静力平衡、变形协调以及本构关系,推导出了能够准确预报柔性立管轴对称响应的理论模型,该模型考虑了立管层间接触压力和层间间隙相互排斥的关系,因而可以分析载荷施加方向对结构响应的影响;同时,为了更真实模拟柔性立管的力学特性,在ABAQUS软件中建立了具有详细截面形式的柔性立管数值模型;基于建立的理论模型和数值模型,分析了柔性立管在拉伸、扭转以及内、外压作用下的结构响应,并将计算结果与实验结果进行了对比分析。研究表明,提出的理论模型和数值模型能够准确预报柔性立管在轴对称载荷作用下的力学特性,可为工程设计提供参考依据。     

海洋非粘结复合软管骨架层腐蚀及磨蚀分析方法

随着海上油气逐渐向深水发展,海洋复合软管的应用也越来越广泛。骨架层作为非粘结复合软管的最内层结构,与管内输送介质直接接触,若输送介质中含有腐蚀气体或介质出砂,骨架层将面临腐蚀和磨蚀的问题。该文主要针对非粘结海洋软管输送介质的腐蚀和介质出砂的磨蚀作用对骨架层的影响展开研究,阐述了骨架层腐蚀和磨蚀的分析方法,以及腐蚀、磨蚀对骨架层钢带厚度选择的负作用,并对骨架层钢带厚度的确定方法给出了建议。     

非均匀载荷对割缝管抗挤强度的影响

文章在建立非均匀外载模型的基础上，对结构为N80钢级割缝管的抗挤强度进行了研究。采用有限元法建立了三维有限元模型，根据弹塑性力学理论，借助有限元软件，分析计算了非均匀外挤载荷作用下割缝管的抗挤强度。分析了不同模型在相同不均匀系数、同一模型在不同的不均匀系数的情况下对等效抗挤强度的影响。研究表明，管体抗非均匀载荷的能力远远低于抗均匀载荷的能力，非均匀载荷作用下不均匀系数是影响强度的关键因素。其结果有利于指导在非均匀载荷作用下割缝的设计，对分析套管变形损坏的机理提供了依据，有利于对套损预防提出有效的建议。     

非均匀载荷对高密射孔管抗挤强度的影响

在建立非均匀外载模型的基础上， 对N80射孔管进行了研究。依建立的三维有限元模型及弹塑性理论为基础，借助有限元软件，对射孔管体抗非均匀载荷能力进行了数值模拟。并依其非均匀载荷下的大位移特征和强度特征，分别定义了临界载荷和等效抗挤强度。同时分析了不同模型在相同不均匀系数、同一模型在不同的不均匀系数的情况下对等效抗挤强度的影响。结果表明，射孔管抗非均匀载荷的强度远远低于抗均匀载荷的强度，其中不均匀系数起着关键作用。有利于指导在非均匀载荷作用下射孔管的抗挤强度的设计，对分析套管变形损坏的机理提供了依据，有利于对套管损坏预防提出有效的方案。     

非均匀载荷对TP130TT套管抗挤强度的影响

认识影响新型套管(TP130TT×152.4mm×16.90mm)的抗挤强度的诸种因素,对正确选用这种套管具有重要的指导意义。采用有限元法,计算和分析了套管缺陷(壁厚不均度、椭圆度)及非均匀载荷等因素对套管抗挤强度的影响规律。计算结果表明,在非均匀外挤载荷作用下,这种套管仍具有较高的抗挤能力;在静水压力的作用下,套管抗挤强度随着其壁厚不均度和椭圆度的增加而降低。     

非均布载荷下石油套管抗挤强度问题研究

对石油套管承受非均匀挤压应力作用时的抗挤强度问题进行了理论分析和有限元数值模拟,理论解与有限元结果一致,弥补了目前工程中仅能依靠有限元方法进行仿真和API标准只能给出均布载荷下套管强度的不足,为实际工程提供理论指导。     

非均匀载荷下厚壁套管抗挤强度分析

非均匀地应力下套管柱强度设计须考虑非均匀载荷对其强度的影响，对此国内外众多学者进行了大量研究，并取得许多有益成果。但这些研究主要以径向的非均匀外载为边界载荷，没有考虑套管外壁受非均匀剪切力的作用；其次，对非均匀载荷下套管磨损、残余应力、不圆度和壁厚不均度等缺陷的影响未作考虑。为此，建立了厚壁套管受径向非均匀挤压和周向受非均匀剪切的力学模型，应用弹性力学逆解法进行了求解，分析了非均匀载荷下厚壁套管的应力分布规律。研究表明，非均匀载荷作用下沿最小水平地应力方向、套管的内壁是承载危险区。由此提出了非均匀载荷等效为均匀外挤载荷的方法，给出了含缺陷套管在非均匀载荷下抗挤强度的分析方法。