热塑复合管单角度与多角度铺层截面设计研究

摘要

热塑性复合材料管(Thermoplastic Composite Pipes,TCP)因为优异的力学和化学性能,包括易弯曲、强度高、耐腐蚀等,在石油与天然气的开采和运输过程中得到了越来越广泛的应用。在深水油气田的开发过程中,管道自重和输送压力的增加对海洋柔性立管的结构设计提出了更加具有挑战性的要求。采用ABAQUS有限元软件研究管道内压承载力和拉伸承载力与管道增强层缠绕角度的关系,进而针对假定的内压荷载和拉伸荷载对TCP管道增强层进行单角度铺层的截面设计。在此基础上,设计了一种采用多角度铺层的TCP管道结构。研究结果表明,在满足相同的设计内压和设计拉伸荷载的情况下,多角度铺层TCP管道比单角度铺层TCP管道的增强层壁厚更薄,需要的纤维增强单向带材料更少,多角度铺层TCP管道具有更好的经济适用性。研究结果可为热塑性复合材料管生产提供参考。