[發(fā)明專利]一種復(fù)合柔性管截面的設(shè)計(jì)方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110706438.1
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113408170A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 婁敏;王宇;李想;張珈翊;王森
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）;威海納川管材有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;F16L11/00;G06F119/04;G06F119/14;G06F113/14
• 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)明公開一種復(fù)合柔性管截面的設(shè)計(jì)方法，其步驟為：根據(jù)柔性管的設(shè)計(jì)目標(biāo)，獲取柔性管的幾何尺寸和材料參數(shù)；根據(jù)柔性管運(yùn)行環(huán)境及材料的力學(xué)屬性，結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，確定柔性管的設(shè)計(jì)荷載和失效準(zhǔn)則；建立柔性管的有限元模型和整體分析模型，并驗(yàn)證其有效性；分析柔性管增強(qiáng)層纖維交替纏繞角度、外保護(hù)層材料、內(nèi)襯層厚度與外保護(hù)層厚度，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際和設(shè)計(jì)規(guī)范確定柔性管的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)；初步截面設(shè)計(jì)，單一設(shè)計(jì)拉伸荷載，柔性管強(qiáng)度校核，柔性管曲率校核，柔性管疲勞壽命校核；柔性管截面設(shè)計(jì)完成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋油氣裝備管道領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合柔性管截面的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

柔性管相對于傳統(tǒng)鋼制管道具有諸多優(yōu)勢：具有較小的彎曲剛度，可發(fā)生較大變形，能承受較大的平臺運(yùn)動，易安裝，抗腐蝕能力強(qiáng)，可回收利用，在未來海洋油氣開發(fā)過程中具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。采用相同設(shè)計(jì)方法和通用生產(chǎn)工藝，選擇不同材料組合和截面結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)柔性管定制化生產(chǎn)，以滿足油氣輸送領(lǐng)域不同應(yīng)用要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種復(fù)合柔性管截面的設(shè)計(jì)方法，旨在針對深水、超深水以及其他復(fù)雜環(huán)境下油氣勘探開發(fā)的需求，掌握超深水多用途柔性管在設(shè)計(jì)、分析、生產(chǎn)方面的關(guān)鍵技術(shù)，并取得具有原創(chuàng)性的技術(shù)研發(fā)成果。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種復(fù)合柔性管截面的設(shè)計(jì)方法，其步驟為：1)根據(jù)柔性管的設(shè)計(jì)目標(biāo)，獲取柔性管的幾何尺寸和材料參數(shù)；

2)根據(jù)柔性管運(yùn)行環(huán)境及材料的力學(xué)屬性，結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，確定柔性管的設(shè)計(jì)荷載和失效準(zhǔn)則；

3)建立柔性管的有限元模型和整體分析模型，并驗(yàn)證其有效性；

4)分析柔性管增強(qiáng)層纖維交替纏繞角度、外保護(hù)層材料、內(nèi)襯層厚度與外保護(hù)層厚度，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際和設(shè)計(jì)規(guī)范確定柔性管的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)；

5)初步截面設(shè)計(jì)，在單一內(nèi)壓、外壓荷載作用下進(jìn)行柔性管初步截面設(shè)計(jì)；

6)單一設(shè)計(jì)拉伸荷載，利用初始截面纖維層數(shù)建立柔性管整體分析模型，分別進(jìn)行靜力分析和動力分析，獲得有效張力、曲率、彎矩?cái)?shù)據(jù)；結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算柔性管的單一設(shè)計(jì)拉伸荷載；

7)柔性管強(qiáng)度校核，柔性管曲率校核，柔性管疲勞壽命校核；柔性管截面設(shè)計(jì)完成。

優(yōu)選地，第5步驟，確定一個(gè)使柔性管截面同時(shí)滿足兩種組合設(shè)計(jì)荷載的增強(qiáng)層纖維層數(shù)。為使柔性管通過強(qiáng)度校核、彎曲校核和疲勞壽命校核，估算初始截面纖維層數(shù)。

優(yōu)選地，第7步驟，柔性管強(qiáng)度校核，對柔性管施加組合荷載，分析其應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果；若應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果超出失效標(biāo)準(zhǔn)，則柔性管失效，重新選取初始截面纖維層數(shù)進(jìn)行分析，直至截面纖維層數(shù)使柔性管通過強(qiáng)度校核。

優(yōu)選地，第7步驟，柔性管曲率校核，對柔性管施加彎矩計(jì)算其曲率，與整體分析中得到的容許曲率進(jìn)行比較；若曲率大于容許曲率，則更換柔性管材料重新設(shè)計(jì)。

優(yōu)選地，第7步驟，柔性管疲勞壽命校核，對柔性管施加疲勞載荷計(jì)算疲勞壽命；若柔性管疲勞壽命不滿足設(shè)計(jì)要求，則重新選取初始截面層數(shù)，直至截面纖維層數(shù)使得柔性管能通過強(qiáng)度校核、彎曲校核和疲勞壽命校核；若截面纖維層數(shù)使柔性管通過所有校核，則以其為最終截面纖維層數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明通過研究熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合柔性管截面的設(shè)計(jì)方法，可對熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合柔性管的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明復(fù)合柔性管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明復(fù)合柔性管的圓柱坐標(biāo)系示意圖；