[发明专利]一种复合柔性管截面的设计方法

说明书

本发明公开一种复合柔性管截面的设计方法，其步骤为：根据柔性管的设计目标，获取柔性管的几何尺寸和材料参数；根据柔性管运行环境及材料的力学属性，结合设计规范的规定，确定柔性管的设计荷载和失效准则；建立柔性管的有限元模型和整体分析模型，并验证其有效性；分析柔性管增强层纤维交替缠绕角度、外保护层材料、内衬层厚度与外保护层厚度，结合生产实际和设计规范确定柔性管的基础设计参数；初步截面设计，单一设计拉伸荷载，柔性管强度校核，柔性管曲率校核，柔性管疲劳寿命校核；柔性管截面设计完成。

技术领域

本发明属于海洋油气装备管道领域，具体涉及一种复合柔性管截面的设计方法。

背景技术

柔性管相对于传统钢制管道具有诸多优势：具有较小的弯曲刚度，可发生较大变形，能承受较大的平台运动，易安装，抗腐蚀能力强，可回收利用，在未来海洋油气开发过程中具有重要的工程应用价值。采用相同设计方法和通用生产工艺，选择不同材料组合和截面结构，可实现柔性管定制化生产，以满足油气输送领域不同应用要求。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种复合柔性管截面的设计方法，旨在针对深水、超深水以及其他复杂环境下油气勘探开发的需求，掌握超深水多用途柔性管在设计、分析、生产方面的关键技术，并取得具有原创性的技术研发成果。

为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一种复合柔性管截面的设计方法，其步骤为：1)根据柔性管的设计目标，获取柔性管的几何尺寸和材料参数；

2)根据柔性管运行环境及材料的力学属性，结合设计规范的规定，确定柔性管的设计荷载和失效准则；

3)建立柔性管的有限元模型和整体分析模型，并验证其有效性；

4)分析柔性管增强层纤维交替缠绕角度、外保护层材料、内衬层厚度与外保护层厚度，结合生产实际和设计规范确定柔性管的基础设计参数；

5)初步截面设计，在单一内压、外压荷载作用下进行柔性管初步截面设计；

6)单一设计拉伸荷载，利用初始截面纤维层数建立柔性管整体分析模型，分别进行静力分析和动力分析，获得有效张力、曲率、弯矩数据；结合设计规范计算柔性管的单一设计拉伸荷载；

7)柔性管强度校核，柔性管曲率校核，柔性管疲劳寿命校核；柔性管截面设计完成。

优选地，第5步骤，确定一个使柔性管截面同时满足两种组合设计荷载的增强层纤维层数。为使柔性管通过强度校核、弯曲校核和疲劳寿命校核，估算初始截面纤维层数。

优选地，第7步骤，柔性管强度校核，对柔性管施加组合荷载，分析其应力应变结果；若应力应变结果超出失效标准，则柔性管失效，重新选取初始截面纤维层数进行分析，直至截面纤维层数使柔性管通过强度校核。

优选地，第7步骤，柔性管曲率校核，对柔性管施加弯矩计算其曲率，与整体分析中得到的容许曲率进行比较；若曲率大于容许曲率，则更换柔性管材料重新设计。

优选地，第7步骤，柔性管疲劳寿命校核，对柔性管施加疲劳载荷计算疲劳寿命；若柔性管疲劳寿命不满足设计要求，则重新选取初始截面层数，直至截面纤维层数使得柔性管能通过强度校核、弯曲校核和疲劳寿命校核；若截面纤维层数使柔性管通过所有校核，则以其为最终截面纤维层数。

与现有技术相比较，本发明具有如下的有益效果：

本发明通过研究热塑性纤维增强复合柔性管截面的设计方法，可对热塑性纤维增强复合柔性管的设计与生产提供指导。

附图说明

图1是本发明复合柔性管的结构示意图；

图2是本发明复合柔性管的圆柱坐标系示意图；