漂浮软管接头拉伸性能研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:dailynice
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漂浮软管是一种重要的粘结型柔性管,主要用于海上石油和天然气的运输。软管包括接头和管体两部分,管体由多层结构构成,力学性能复杂。海上运营期间,漂浮软管受到拉力作用时接头处极易发生损伤从而影响漂浮软管的正常使用,因此研究漂浮软管接头在拉力作用下的力学性能对漂浮软管的设计和使用具有重要意义。本文针对漂浮软管实际结构建立了非线性有限元模型,并结合材料实验和带接头的软管拉伸试验对接头的拉伸性能进行了深入研究,主要研究内容如下:(1)按照ASTM标准对漂浮软管中帘线和橡胶两种非线性材料进行单轴拉伸实验,得到了两种材料的非线性拉伸曲线,根据实验数据与多种本构模型的拟合情况,选定了两种材料的本构模型,并且获得了相应的材料参数。按照《海洋输油软管制造和采购指南》对带有接头的漂浮软管进行拉伸实验,得到了拉力-延伸率的曲线以及相应的轴向刚度。(2)针对接头界面失效现象,建立了接头有限元模型,引入Cohesive内聚力单元模拟接头粘合剂层界面,并与带有接头的漂浮软管拉伸实验对比,验证了该建模方法的准确性,利用有限元模型研究了接头在拉力作用下的失效模式。进一步的,利用简化模型分析了粘合剂强度对接头处粘合剂层脱粘失效以及漂浮软管拉伸性能的影响规律。(3)针对接头抗拔脱环优化问题,建立了抗拔脱环有限元模型,模型中忽略了粘合剂强度对漂浮软管拉伸性能的影响,将粘合剂层假设为橡胶材料,利用有限元模型研究了漂浮软管在拉力作用下的螺旋钢筋失效模式,并且以螺旋钢筋应力值为目标函数,对接头抗拔脱环进行了参数化分析,得到接头抗拔脱环宽高比最优解。
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