[發(fā)明專利]一種用于預測復合材料柔性管失效荷載的隨機分析方法

在審

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• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113505449A
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王陽陽;婁敏;王磊;王宇;梁維興;王森
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學（華東）;威海納川管材有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F113/14;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 北京云嘉湃富知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11678
• 代理人: 卞永如

本發(fā)明屬于海洋工程設(shè)計領(lǐng)域，公開了一種用于預測復合材料柔性管失效荷載的隨機分析方法，包括：建立深海復合材料柔性管的三維力學分析模型，并獲取生產(chǎn)參數(shù)的隨機范圍，同時生成各生產(chǎn)參數(shù)的隨機樣本，將隨機樣本數(shù)與ABAQUS軟件計算模型相結(jié)合，根據(jù)Hashin–Yeh失效準則與復合材料漸進損傷失效系數(shù)對復合材料柔性管的失效荷載進行隨機分析。系統(tǒng)包括：隨機樣本生成模塊；強度參數(shù)及彈性常數(shù)評估模塊；應力分析模塊；復合材料柔性管損傷失效分析模塊。本發(fā)明基于Monte?Carlo方法結(jié)合ABAQUS有限元分析提出了針對深水復合材料柔性管損傷失效的隨機分析方法，可以更準確的預測柔性管損傷失效載荷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋工程設(shè)計領(lǐng)域，尤其涉及一種用于預測復合材料柔性管失效荷載的隨機分析方法。

背景技術(shù)

目前：深海復合材料柔性管是一種比較新型的可纏繞復合管。由于它不同于非粘結(jié)型柔性管，不需要復雜的骨架層、鎧裝層等結(jié)構(gòu)或熱固性樹脂，它的生產(chǎn)及施工成本比其他管道要低，同時它擁有優(yōu)良的強度、耐腐蝕性、可纏繞行和易安裝等優(yōu)勢。該類型管道最初是為陸上應用開發(fā)的，如輸油管線和注水管線等。例如，Sovereign管道(正式名稱為HalliflowTM)是Wellstream公司早期開發(fā)的一種商業(yè)RTPs，自1989年以來一直作為一種創(chuàng)新的管道技術(shù)用于陸上油田輸流管線。由于復合材料柔性管在陸上應用的良好效果，越來越多的專家學者接受復合材料柔性管作為海上項目的替代管道。近年來，中東和東南亞地區(qū)已經(jīng)安裝了超過500公里的RTPs，在石油和天然氣行業(yè)中，擴大RTPs使用的興趣仍在增加，同時隨著復合材料材料的發(fā)展，復合材料柔性管逐漸嘗試應用于深水油氣的開采與輸送。

但現(xiàn)階段深海復合材料柔性管相關(guān)力學性能的研究還有待完善，損傷失效預測仍是目前符合材料柔性管生產(chǎn)設(shè)計中的難點問題。目前，在復合材料柔性管的研究和設(shè)計過程中，采用的都是在確定各工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上進行確定性建模，然而，由于復合材料生產(chǎn)過程中的不確定性，設(shè)計參數(shù)(如層厚、纏繞角度及纖維含量)呈現(xiàn)出隨機性。同時，各生產(chǎn)工藝參數(shù)對復合材料柔性管的力學性能影響十分顯著。因此，為了更準確地預測復合管道的損傷失效，應考慮設(shè)計參數(shù)的隨機性。

通過上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺陷為：現(xiàn)有的技術(shù)是針對確定性的工藝參數(shù)進行建模分析，忽略的生產(chǎn)過程中各參數(shù)的隨機性，即在生產(chǎn)過程中無法保證各生產(chǎn)參數(shù)數(shù)值的準確性，都是在一定范圍波動的，現(xiàn)有技術(shù)方案忽略的這一點，所以計算結(jié)果并不能準確的代表樣管的真實力學性能。

解決以上問題及缺陷的難度為：在樣管生產(chǎn)過程中各生產(chǎn)工藝參數(shù)(如壁厚、纖維含量、纏繞角度等等)存在一定的隨機性，即生產(chǎn)的多根樣管的工藝參數(shù)數(shù)值并不是一個固定值，而是在固定值附近波動。根據(jù)已有的研究成果，不同生產(chǎn)工藝參數(shù)數(shù)值對柔性管力學性能有明顯的影響。柔性管成產(chǎn)過程中，工藝參數(shù)眾多，參數(shù)值分布較多，確定不同工藝參數(shù)數(shù)值波動范圍是一個難點；同時，如何綜合考慮各工藝參數(shù)的隨機性是第二個難點。

解決以上問題及缺陷的意義為：柔性管的力學性能分析對于柔性管設(shè)計具有重要意義，因為低估某些參數(shù)(如管壁厚度、纏繞角度等)可能導致管道失效，并在環(huán)境、經(jīng)濟和地緣政治方面產(chǎn)生災難性的后果。另一方面，由于海上管道的長度通常較長，稍微高估一些參數(shù)(如壁厚、纖維含量)將導致大量額外的生產(chǎn)和運輸成本。現(xiàn)有的確定性分析方法無法準確的模擬生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)工藝參數(shù)的隨機分布，因此會高估或低估柔性管的力學性能，無法保證柔性管道在運營期的安全性。本發(fā)明可以更準確的評估柔性管的力學性能，綜合考慮了各工藝參數(shù)的隨機性，既能保證柔性管生產(chǎn)質(zhì)量，同時可以為安全系數(shù)的選取提供更可靠的依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種用于預測復合材料柔性管失效荷載的隨機分析方法。