海洋非粘接管道接头内的粘接问题研究

摘要

接头是连接柔性管道与上端浮体的重要装备，它与柔性管道的连接性能好坏直接决定接头的承载能力。接头与管道连接实质上是抗拉铠装钢丝与环氧树脂之间的粘接锚固。　　本文首先简单介绍非粘接柔性管道及接头结构，并对现有粘接机理研究、粘接力学及接头内粘接问题的国内外研究现状进行充分的调研与分析，基于此制定一套研究接头粘接问题的方法，包括粘接层材料属性拟合、粘接数值模拟、拉拔实验以及折弯实验验证数值模型的可行性。通过分析单搭接剪切模型的粘接层材料参数，得出剪切极限强度是影响粘接性能最大的参数;对厚胶体拉拔模型的搭接长度及胶体厚度进行分析，发现:相比搭接长度，胶体的厚度对粘接性能的影响并不大;根据单根折弯钢丝拉拔数值模型及实验结果进行对比，可以把接头拉拔破坏形式分为三个阶段:钢丝的屈服、钢丝与环氧树脂之间的粘接破坏及扩展、折弯钢丝处应力集中直至断裂，其中直钢丝段长度、粘接层极限剪切应力以及钢丝的屈服强度对折弯拉拔模型的抗拉拔能力影响很大，折弯钢丝段前端折弯角度及长度对接头的抗疲劳性能影响很大。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 海洋非粘接柔性管道及接头介绍

1．2．1 非粘接柔性管道

1．2．2 非粘接柔性管道接头及其连接原理

1．3 接头粘接问题研究背景

1．3．1 粘接机理研究现状

1．3．2 粘接力学研究进展

1．3．3 海洋柔性管道接头粘接问题研究现状

1．4 本文的研究内容及研究意义

2 粘接理论基础

2．1 粘接技术发展现状

2．2 金属粘接工艺

2．2．1 粘接质量影响因素

2．2．2 金属粘接工艺过程

2．3 粘接接头强度及失效模式分析

2．4 粘接问题有限元分析理论及剪滞模型

2．4．1 内聚力模型简单介绍

2．4．2 双线性内聚力模型

2．4．3 Colkersen剪滞理论

2．4．4 海洋非粘接柔性管道接头内粘接模型简化

3 粘接层材料参数拟合

3．1 单搭接剪切实验结果

3．2 单搭接有限元模型建立

3．3 单搭接剪切实验以及与有限元材料参数的拟合

3．4 单搭接剪切模型应力分布结果

4 胶体厚度对粘接性能影响

4．1 拉拔实验结果

4．2 拉拔数值模型结果分析

4．2．1 有限元模型建立

4．2．2 粘接层厚度对数值结果的影响

4．2．3 拉拔数值模型与实验结果对比分析

4．2．4 拉拔数值模型损伤结果分析

4．3 拉拔模型几何参数灵敏度分析

4．3．1 搭接长度对粘接性能的影响

4．3．2 胶体厚度对粘接性能的影响

4．4 本章小结

5 接头连接性能分析

5．1 非粘接管道接头设计思路及影响参数分析

5．2 折弯拉拔实验

5．3 折弯拉拔模型实验与数值结果分析

5．4 折弯构件拉拔性能的探究

5．4．1 折弯钢丝各几何参数对最大拉拔力的灵敏度分析

5．4．2 材料参数对单根折弯钢丝拉拔模型连接性能的影响

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文及专利情况

致谢