夹层管卷筒式安装缠绕和校直阶段力学行为分析

摘要

兼具抗压与保温功能的夹层保温管道是深水油气输运潜在的理想解决方案,但卷筒式安装导致的残余应力和塑性变形则是影响其承载能力的重要因素之一.为了分析夹层管卷筒式安装缠绕和校直过程导致的残余应力和塑性变形的变化规律,建立了海洋深水夹层管卷筒式安装的数值模型,并利用室内全尺寸实验结果验证该模型的准确性;利用该有限元模型,分析了深水夹层管卷筒式安装过程中应力—应变变化规律、夹层管截面椭圆度变化情况以及安装校直后夹层管等效塑性应变的累积情况;通过参数分析讨论了夹层管的钢管厚度和层间黏结属性对夹层管卷筒式安装力学行为的影响情况.研究结果表明:①基于所建立的夹层管卷筒式安装数值分析模型求得的夹层管缠绕和校直阶段的塑性应变,与实验结果的误差分别为0.7％和0.5％,证明该模型可以满足计算精度的要求;②在夹层管缠绕和校直过程中,夹层管层间接触属性对于轴向塑性应变和周向塑性应变影响均较小;③夹层管钢管厚度对于夹层管轴向塑性应变的影响较小,但其对外层钢管周向塑性应变的影响却较为明显;④校直过程显著影响夹层管道椭圆度,影响程度随着外层钢管壁厚的增加而增大,同时卷筒式安装过程产生一定程度的塑性应变累积,将影响夹层管的承载能力.结论认为,所建立的数值模型可用于夹层管卷筒式安装力学行为分析,为考虑安装缺陷影响的夹层管承载能力计算提供了技术支持.