為防止柔性立管在應用過程中發(fā)生過度彎曲,設計彎曲限制器對立管進行保護。針對海洋立管彎曲限制器所受荷載以及工況要求,采用有限元分析軟件對彎曲限制器及立管組合結構進行非線性建模,討論設計參數(shù)和材料參數(shù)對其自身防止立管彎曲性能的影響。根據(jù)曲率變化和應力分布情況進行性能評估及優(yōu)化,得到相應結論,對彎曲限制器的設計提供一定的支持與參考。 

【文章來源】：中國海洋平臺. 2020,35(01)

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

立管一彎曲限制器系統(tǒng)受力示例

彎曲限制器的基本原理是，在外力作用下，當彎曲限制器達到鎖死狀態(tài)后，其將由可變形結構變成剛性結構，從而限制包含其中的立管繼續(xù)彎曲以避免立管發(fā)生破壞失效。由于立管與彎曲限制器均為柔性結構，在服役期間受重力、浮力、張力等外荷載影響下，幾何形態(tài)將不斷變化，因此須考慮大變形以及接觸非線性過程。具體過程將通過有限元法進行數(shù)值模擬分析。根據(jù)API規(guī)范建立彎曲限制器與立管組合結構的簡化三維模型，采用實體單元進行模擬。針對立管與彎曲限制器之間、相鄰彎曲限制器之間存在的接觸，采用罰函數(shù)進行約束，設置相鄰接觸面均為面面接觸，取摩擦因數(shù)為0.1[9]。為便于觀察模型中部應變及應力，模型建立時將模型沿中心軸截開，并在前端平面設置固定端約束，在截平面設置徑向位移與轉角約束，彎曲限制器和立管的有限元模型如圖2所示。彎曲限制器材料為聚氨酯，考慮其本構關系為線彈性材料，柔性立管與彎曲限制器的材料參數(shù)[10]如表1所示。3 設計參數(shù)的優(yōu)化

圖3為連接后的兩個彎曲限制器軸向截面圖，根據(jù)形狀特征將彎曲限制器分為頭部、頸部和尾部。在圖3中：1～10號邊分別為截面圖中影響彎曲限制器幾何形狀的控制邊，各邊基本尺寸如表2所示，其中1、2、3號邊控制彎曲限制器頭部形狀，4、6號邊控制彎曲限制器頸部形狀，5、7、8、9號邊控制彎曲限制器尾部形狀。為考慮各部分幾何形狀對彎曲限制器力學性能的影響，取各部分關鍵設計參數(shù)3號邊、4號邊、9號邊長度進行研究。3.1 3號邊對彎曲限制器防彎效果的影響

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]基于異形梁模型的海洋柔性管纜防彎器數(shù)值模擬[J]. 席勇輝,閻軍,楊志勛,郭宏,屈衍,李陽,趙娜.  計算機輔助工程. 2014(03)
[4]聚氨酯彈性體在海洋石油管道中的應用[J]. 楊加棟,張曉靈,杜寶銀,相政樂,蔣曉斌.  聚氨酯工業(yè). 2010(04)

碩士論文
[1]柔性立管靜態(tài)構型分析及防彎器設計[D]. 姬鸞.大連理工大學 2013



本文編號：3614778