【摘要】：隨著社會(huì)的發(fā)展,能源在社會(huì)進(jìn)步與發(fā)展中越來越重要,人們逐漸把目光投向廣闊海洋的豐富資源。海洋立管是海上油氣開采、運(yùn)輸?shù)闹匾獦?gòu)件,且復(fù)合材料立管相對于金屬立管具有柔韌性好、耐腐蝕、便于運(yùn)輸和安裝等優(yōu)點(diǎn),成為海上油氣管道的新選擇。但因海洋工況惡劣復(fù)合材料立管相比于傳統(tǒng)的鋼管更容易在海洋環(huán)境下發(fā)生屈曲。因此,對其屈曲及止屈方法進(jìn)行研究,對復(fù)合材料立管生產(chǎn)、安裝、服役、維護(hù)有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文為探究影響復(fù)合材料立管抗屈曲能力的因素,首先以非線性環(huán)理論、虛功原理為理論依據(jù),建立適用于復(fù)合材料立管屈曲分析的模型。利用ANSYS和ABAQUS軟件探究了幾何尺寸(復(fù)合材料立管的長、徑、厚)、復(fù)合材料鋪層角和鋪層數(shù)對復(fù)合材料立管抗屈曲能力的影響,并優(yōu)化了復(fù)合材料立管模型尺寸。然后,為了使研究結(jié)果更加符合實(shí)際工況,在原有立管模型上分別施加三種初始缺陷:初始位移缺陷、初始橢圓率和分層缺陷,分別探究三種初始缺陷對復(fù)合材料立管抗面壓屈曲能力的影響,以及每種初始缺陷對復(fù)合材料立管屈曲產(chǎn)生影響的機(jī)理。最后,結(jié)合上述研究結(jié)果,選擇符合本文復(fù)合材料立管的灌漿粘結(jié)型止屈器,探究止屈器的作用效果及止屈原理,并探究在含有初始缺陷情況下的止屈器的作用效果,以此為止屈器的設(shè)計(jì)安裝提供一定理論依據(jù),也為復(fù)合材料立管的設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)提供一定的理論指導(dǎo)。本文研究發(fā)現(xiàn),立管越長、越薄立管抗屈曲能力越弱。立管鋪層數(shù)越多,其抗屈曲能力越強(qiáng)。鋪層角對立管的兩種抗屈曲能力是對立的,在鋪層角為50度左右時(shí),立管的兩種抗屈曲能力相對均衡。初始缺陷對立管的抗面壓屈曲能力影響十分巨大,其影響立管抗屈曲能力的機(jī)理是:初始缺陷會(huì)使立管受外壓時(shí)缺陷部分更易出現(xiàn)局部屈曲,然后屈曲擴(kuò)展,傳播至整個(gè)立管,使立管屈曲壓潰。適當(dāng)?shù)闹骨鲗α⒐芸骨芰Φ奶岣哂泻艽髱椭Ｖ骨鞯淖饔脵C(jī)理為:止屈器阻斷了局部屈曲的傳播,使立管出現(xiàn)了高階屈曲,增強(qiáng)了立管的抗面壓屈曲能力,并且初始缺陷對止屈器的作用效果有一定的抑制作用。
[Abstract]:With the development of society, energy is becoming more and more important in social progress and development. Marine riser is an important component of offshore oil and gas exploitation and transportation, and composite riser has the advantages of good flexibility, corrosion resistance, easy transportation and installation compared with metal riser, so it has become a new choice for offshore oil and gas pipelines. However, composite risers are more prone to buckling in marine environment than traditional steel pipes. Therefore, it is of great theoretical and practical value to study the buckling and anti-buckling methods and to produce, install, service and maintain composite risers. In order to explore the factors affecting the buckling resistance of composite risers, a model for buckling analysis of composite risers is established based on nonlinear ring theory and virtual work principle. The effects of geometric dimension (length, diameter, thickness of composite riser), composite layer angle and number of layers on the buckling resistance of composite riser were investigated by using ANSYS and ABAQUS software, and the model size of composite riser was optimized. Then, in order to make the results more suitable to the actual working conditions, three kinds of initial defects were applied to the original riser model: initial displacement defect, initial ellipticity defect and delamination defect. The effects of three kinds of initial defects on the buckling ability of composite risers under plane compression and the mechanism of the effects of each initial defect on the buckling of composite risers were investigated. Finally, combined with the above research results, the effect of the anti-buckling device and the anti-buckling principle of the anti-buckling device are investigated, and the effect of the anti-buckling device in the case of initial defects is explored, which is suitable for the composite riser in this paper. So far, the design and installation of the bender provide some theoretical basis, and also provide some theoretical guidance for the design, installation and maintenance of composite riser. It is found that the longer the riser, the weaker the buckling resistance of riser. The more layers the riser has, the stronger the buckling resistance of riser is. The two kinds of anti-buckling ability of the laminated tube are opposite, and the two kinds of anti-buckling ability of the riser are relatively balanced when the stacking angle is about 50 degrees. The effect of the initial defect on the buckling ability of the riser is very great. The mechanism of the effect on the buckling ability of the riser is that the initial defect will make the defect part of the riser more prone to local buckling when it is subjected to external compression, and then the buckling will expand and spread to the whole riser. Cause the riser to buckle and crush. It is of great help to improve the buckling ability of the tube with proper buckling arrester. The mechanism of the anti-buckling device is that the buckling device blocks the propagation of local buckling and makes the riser appear high-order buckling, which enhances the anti-buckling ability of the riser, and the initial defect has a certain inhibitory effect on the anti-buckling effect of the riser.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P756.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2410106