[發(fā)明專利]一種海管修復(fù)用拖拉頭及有限元分析設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110376272.1
• 申請(qǐng)日: 2021-04-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112989670B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉海超;金磊;杜曉杰;劉軍;許良彪;樊榮興;曲偉首
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中海油（天津）管道工程技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06T17/20;G06F119/14;G06F113/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 曹玉平

1.一種海管修復(fù)用拖拉頭，其特征在于：包括牽引半球頭、中間支撐柱和外套筒，中間支撐柱為圓柱狀，中間支撐柱用于插入至被壓成U型的內(nèi)襯管的U型空間中，中間支撐柱的一端與牽引半球頭固定連接，牽引半球頭的平面端沿圓周直徑開(kāi)設(shè)有用于拖拉的凹槽，牽引半球頭的平面端與套在內(nèi)襯管外的外套筒固定連接；所述中間支撐柱與外套筒均對(duì)應(yīng)開(kāi)設(shè)有至少四組貫穿二者的安裝孔，每組安裝孔內(nèi)均固定設(shè)置有固定件；所述牽引半球頭、中間支撐柱和外套筒均由304不銹鋼構(gòu)成，且牽引半球頭與中間支撐柱焊接固定，牽引半球頭與外套筒焊接固定；所述內(nèi)襯管包括內(nèi)層、中間層和外層，內(nèi)襯管的外層與內(nèi)層由TPU構(gòu)成，內(nèi)襯管的中間層由凱夫拉纖維構(gòu)成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海管修復(fù)用拖拉頭，其特征在于：每組安裝孔在豎直方向上環(huán)向交錯(cuò)設(shè)置，相鄰安裝孔組之間的間隔角度為45°，位于最末端的安裝孔組距離中間支撐柱末端55mm。

3.一種海管修復(fù)用拖拉頭的有限元分析設(shè)計(jì)方法，其特征在于：基于一種海管修復(fù)用拖拉頭，包括牽引半球頭、中間支撐柱和外套筒，中間支撐柱為圓柱狀，中間支撐柱用于插入至被壓成U型的內(nèi)襯管的U型空間中，中間支撐柱的一端與牽引半球頭固定連接，牽引半球頭的平面端沿圓周直徑開(kāi)設(shè)有用于拖拉的凹槽，牽引半球頭的平面端與套在內(nèi)襯管外的外套筒固定連接；所述中間支撐柱與外套筒均對(duì)應(yīng)開(kāi)設(shè)有至少四組貫穿二者的安裝孔，每組安裝孔內(nèi)均固定設(shè)置有固定件；所述牽引半球頭、中間支撐柱和外套筒均由304不銹鋼構(gòu)成，且牽引半球頭與中間支撐柱焊接固定，牽引半球頭與外套筒焊接固定；所述內(nèi)襯管包括內(nèi)層、中間層和外層，內(nèi)襯管的外層與內(nèi)層由TPU構(gòu)成，內(nèi)襯管的中間層由凱夫拉纖維構(gòu)成；有限元分析設(shè)計(jì)方法包括如下步驟：

(1)在三維笛卡爾坐標(biāo)系下對(duì)已設(shè)計(jì)出的拖拉頭和內(nèi)襯管建立三維模型，再進(jìn)行劃分網(wǎng)格轉(zhuǎn)換為有限元模型，導(dǎo)入ABAQUS軟件；

(2)在有限元模型中輸入拖拉頭和內(nèi)襯管的邊界條件和載荷；

(3)在有限元模型中輸入拖拉頭和內(nèi)襯管的材料參數(shù)；

(4)以0.01s為單個(gè)載荷步，總共進(jìn)行100次求解，根據(jù)輸入有限元模型中的邊界條件、載荷和材料參數(shù)，使用ABAQUS軟件對(duì)拖拉頭的最大應(yīng)力、內(nèi)襯管中間層的最大應(yīng)變進(jìn)行分析；

(5)對(duì)拖拉頭與內(nèi)襯管的接觸部位、受力部位提取單元應(yīng)力應(yīng)變分析結(jié)果；

(6)將分析結(jié)果與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案是否可行。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種海管修復(fù)用拖拉頭的有限元分析設(shè)計(jì)方法，其特征在于：步驟(1)的有限元模型中，牽引半球頭與中間支撐柱，固定件與支撐柱，固定件與外套筒、牽引半球頭與外套筒的接觸方式分別定義為Tie接觸，固定件與內(nèi)襯管的接觸方式定義為surf-to-surf接觸。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種海管修復(fù)用拖拉頭的有限元分析設(shè)計(jì)方法，其特征在于：步驟(2)中的邊界條件為約束拖拉頭端部的側(cè)向位移，約束內(nèi)襯管的位移和轉(zhuǎn)角，載荷為拖拉頭的拉動(dòng)傳遞至內(nèi)襯管的拉力。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種海管修復(fù)用拖拉頭的有限元分析設(shè)計(jì)方法，其特征在于：步驟(3)中的材料參數(shù)為拖拉頭的屈服強(qiáng)度，內(nèi)襯管中間層的彈性模量、泊松比、剪切模量和斷裂伸長(zhǎng)率，內(nèi)襯管內(nèi)層與外層的彈性模量和泊松比。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種海管修復(fù)用拖拉頭的有限元分析設(shè)計(jì)方法，其特征在于：步驟(6)中的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為拖拉頭與內(nèi)襯管的接觸部位、拖拉頭的焊接部位的最大應(yīng)力應(yīng)小于304不銹鋼的屈服應(yīng)力與安全系數(shù)的乘積，內(nèi)襯管中間層的最大應(yīng)變小于凱夫拉纖維的斷裂伸長(zhǎng)率與安全系數(shù)的乘積，所述安全系數(shù)為0.85。