计及加工残余应力的海洋柔性管道骨架层非线性屈曲

摘要

海洋柔性管道是深水油气和矿产资源开发的重要装备.通过设计采用互锁型螺旋结构的钢质骨架层,防止外部静水压力引起的管道屈曲压溃失效.本文基于骨架层的加工成型原理,采用实体壳单元,建立不锈钢料带通过一系列轧辊冷弯成型的三维有限元模型,先后模拟研究辊弯和锁扣工艺过程中金属材料的变形行为,计算加工成型后的残余应力.以某实际应用的4寸海洋柔性管道骨架层设计为例,建立了骨架层结构在外压载荷作用下的三维有限元模型,研究包括加工残余应力在内的初始缺陷下骨架层非线性屈曲行为.结果显示,当同时考虑骨架层几何缺陷、材料非线性与加工残余应力时,其临界压溃值相比理想状态下降约60％,且加工残余应力对屈曲行为的影响不可忽略.本文建立的数值模型与结论为深水柔性管道非线性屈曲分析与抗压溃设计提供了有效的技术手段.