本文關(guān)鍵詞：深海夾層保溫管的屈曲傳播

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【摘要】：海底蘊藏著巨大的油氣資源,開采進程正逐漸由淺海邁向深海。相比于淺海,深海有著更加復(fù)雜的海洋環(huán)境,水溫低、壓力大。石油從海底挖掘出來時溫度高,使用隔熱不好的單壁管輸送時會導(dǎo)致石油凝固而造成管道堵塞。更大的壓力環(huán)境也對管道的結(jié)構(gòu)提出更高的要求。夾層保溫管能夠適應(yīng)這樣復(fù)雜多變的深海環(huán)境。這種管道由內(nèi)管、夾心、外管組成,內(nèi)、外管的材質(zhì)均為合金鋼材料,以承受載荷,而夾心的材質(zhì)為聚氨酯泡沫,以隔熱。在眾多失效形式中,最為值得研究的就是保溫管的屈曲與屈曲傳播。目前對海洋保溫管道屈曲傳播的研究主要針對單壁管,對保溫管的研究還不多見報道。本文將保溫管視為夾心圓柱殼,運用彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、夾層殼理論、非線性穩(wěn)定性理論、屈曲傳播實驗以及有限元法等對深海保溫管屈曲傳播問題進入深入研究,主要研究內(nèi)容:建立保溫夾層管的非線性控制方程。保溫管屈曲傳播將由三個區(qū)域構(gòu)成:塌陷區(qū)、傳播區(qū)與未變形區(qū)。處在亞平衡狀態(tài)的傳播區(qū)沿著管道兩邊傳開來播。運用一階剪切變形理論,引入面板中面轉(zhuǎn)角,考慮中面的薄膜影響,建立保溫夾層管內(nèi)的非線性幾何方程,分析夾層管內(nèi)的受力狀態(tài),建立平衡方程和協(xié)調(diào)方程。推導(dǎo)屈曲傳播壓力計算公式,獲得解析解。依據(jù)前期獲得的保溫管局部屈曲的位移場,分析夾層圓柱殼內(nèi)外面板的變形機制,應(yīng)用塑性全量理論,考慮塑性硬化的影響,采用彈塑性穩(wěn)定理論建立傳播區(qū)內(nèi)的能量方程,并根據(jù)能量守恒定理,獲得保溫管屈曲傳播壓力的解析表達式,進行參數(shù)分析,深入研究不同徑厚比、不同夾層與夾心厚度比對及不同材料參數(shù)對應(yīng)變強化系數(shù)、屈服系數(shù)和屈曲傳播壓力值的影響。開展實驗分析。設(shè)計制造高壓容器等儀器進行管道的屈曲傳播實驗。設(shè)置兩組管道徑厚比分別為17、32,獲得這兩組管道的屈曲傳播壓力實驗值。使用810 Material Test System(MTS)對管道試件進行拉伸實驗,得到管道材料的楊氏模量、屈服應(yīng)力。運用Ramberg-Osgood非線性模型模擬保溫管壓潰后內(nèi)、外層的彈塑性本構(gòu)關(guān)系。進行有限元仿真。使用ABAQUS有限元軟件建立保溫管的有限元模型。設(shè)置多組的幾何參數(shù):初始缺陷、徑厚比、夾心與面板厚度比;物理參數(shù):楊氏模量、剪切模量、屈服應(yīng)力,使用ABAQUS軟件獲取保溫管在不同參數(shù)下的屈曲傳播壓力。進行參數(shù)化分析以研究屈曲傳播壓力與這些參數(shù)的內(nèi)在聯(lián)系。最后,在幾何參數(shù)與物理參數(shù)相同的條件下求取理論分析得的屈曲傳播壓力值,對比發(fā)現(xiàn),兩者總體上相差10%。
【關(guān)鍵詞】：夾層保溫管 屈曲傳播壓力 傳播實驗 有限元
【學(xué)位授予單位】：暨南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE973
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 保溫管緒論8-20
• 1.1 研究背景8-13
• 1.1.1 海底含有豐富的油氣資源8-10
• 1.1.2 海底石油開采重要途徑管道輸油10-11
• 1.1.3 海底輸油管事故造成損失和原因11-13
• 1.2 研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 單層管屈曲及屈曲傳播13-17
• 1.2.2 保溫管屈曲研究17-18
• 1.3 研究主要內(nèi)容及創(chuàng)新點18-20
• 1.3.1 研究主要內(nèi)容18-19
• 1.3.2 創(chuàng)新點19-20
• 第二章 保溫夾層管的非線性控制方程20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 保溫管的非線性基本方程20-29
• 2.2.1 位移場21-23
• 2.2.2 應(yīng)變場與應(yīng)力場23-25
• 2.2.3 彎矩分布25-27
• 2.2.4 橫向剪力27-29
• 2.3 保溫管的非線性控制方程29-32
• 第三章 夾層保溫管屈曲傳播發(fā)生機理32-47
• 3.1 引言32
• 3.2 屈曲傳播區(qū)的位移場32-33
• 3.3 屈曲傳播區(qū)的彎曲變形33-40
• 3.3.1 屈曲傳播區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系33
• 3.3.2 屈曲傳播區(qū)彎曲應(yīng)變33-38
• 3.3.3 屈曲傳播區(qū)彎曲應(yīng)變能38-40
• 3.4 屈曲傳播區(qū)薄膜應(yīng)變能40-42
• 3.5 屈曲傳播區(qū)外力功42-43
• 3.6 屈曲傳播壓力43
• 3.7 回歸單層管43-44
• 3.8 參數(shù)分析44-47
• 第四章 保溫管屈曲傳播實驗47-60
• 4.1 引言47
• 4.2 屈曲傳播實驗47-54
• 4.2.1 屈曲傳播實驗設(shè)計47-51
• 4.2.2 屈曲傳播實驗過程51-52
• 4.2.3 屈曲傳播實驗數(shù)據(jù)52-54
• 4.3 拉伸實驗54-60
• 4.3.1 拉伸實驗設(shè)計54-55
• 4.3.2 拉伸實驗過程55-56
• 4.3.3 拉伸實驗數(shù)據(jù)56-57
• 4.3.4 Ramberg-Osgood數(shù)據(jù)模型擬合57-60
• 第五章 保溫管屈曲及屈曲傳播有限元分析60-69
• 5.1 引言60
• 5.2 有限元建模60-62
• 5.3 算例分析62-65
• 5.3.1 保溫輸油管道的屈曲傳播過程63
• 5.3.2 初始缺陷的影響63-64
• 5.3.3 管道徑厚比的影響64
• 5.3.4 面板與夾心厚度比值k的影響64-65
• 5.3.5 材質(zhì)的影響65
• 5.4 單層管有限元與理論解和試驗值的比較65-66
• 5.5 保溫管的有限元與解析解比較66-67
• 5.6 本章小結(jié)67-69
• 第六章 總結(jié)與展望69-70
• 6.1 總結(jié)69
• 6.2 展望69-70
• 公式附錄A70-74
• 參考文獻74-77
• 致謝77

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 龔順風(fēng);胡R，

本文編號：835211