![有限元分析](http://www.nataid.com/uploads/allimg/2406/1_2150086841.jpg)
目前国际上一般参照美国石油学会推荐的《柔性管设计规范》,该规范详细介绍了柔性管道系统及其元件,规定了柔性管道设计的过程、破坏模型和材料选择,提出了柔性管道载荷有限元分析、整体响应计算、模型分析以及完整性、可行性分析的方法,同时也对柔性管道的制造、处理、运输、安装等给出了相应要求。此外,柔性管设计还可参照:API Spec.RP无粘结柔性管道设计规范;API Spec.RP 17K-粘结柔性管道设计规范;ISO 10420海洋立管用柔性管道系统;API RP 2RD浮式生产系统和张力腿平台的立管设计等。
某项目采用NKT公司最为典型的5层柔性管结构形式,管径6英寸,该柔性管截面包括:骨架层、压力支撑层、抗压铠装层、抗拉铠装层和外护套层。
骨架层。骨架层是柔性管的主要部分,通常由一条异形钢带沿接近0°的方向螺旋自锁而成截面为S型,各层之间存在一定间隙,以保证结构的柔性。
压力支撑层。压力支撑层是一个由高分子聚合物构成的空心圆管,位于骨架层和抗压铠装层之间,主要起保护作用,防止管道泄漏,并传递压力。压力支撑层的设计主要是对材料的选取,并考虑压力的传递作用,对载荷进行分析。
本设计采用的是HDPE(高密度聚乙烯)材料,其最大特点就是耐环境应力开裂,还能抗蠕变、耐高温和腐蚀、化学兼容性强。
抗压铠装层。抗压铠装层主要是通过防止其内层结构的椭圆化变形来支撑防渗漏的外层。但抗压铠装层不具备显著承受轴向载荷和弯曲载荷的能力,因为该自锁金属异型钢带的螺旋缠绕角近乎90°,并且相互之间还存在一定间隙。对于需要承受较高压力的柔性管而言,可以通过增加一个小角度缠绕的金属带,来增强管件径向的承载力。
抗压铠装层的设计应使其能抵抗规定的环向应力,保证钢带之间的间距在要求的限度之内并防止内锁失效。
对于无粘结的柔性管,螺旋缠绕的扁钢可以发生相互的滑动,因而使得管道具有良好的弯曲柔性。抗拉铠装层应按要求的轴向强度进行设计,且应满足控制钢带之间的间距和环向强度的所有要求,对于不包括承压铠装层的设计尤其如此。
外护套层是将载荷传递到压力支撑层,起到总体的固定和传递载荷的作用。同压力支撑层一样,外护套层也是由高分子聚合物(如低密度聚乙烯)构成的空心圆管。外护套层还有一个作用就是隔离,防止环形空间流体泄漏到层外或防止海水的进入,保护钢结构不受腐蚀。外护套层的设计应保证其能承受管的弯曲、轴向拉压、扭转和外部环向压力,以及安装磨蚀和附属构件产生的局部荷载效应等。
柔性管的各管道层都有不同的功能,应对各层进行分析。粗糙型柔性管的主要部分即内骨架层,直接承受了内外压,故对该层的计算分析是必不可少的。另外,铠装层也是受压和受拉的部件,也需要对其进行分析计算。
针对柔性管道的静态分析主要包括了屈曲分析(压溃)、承受内压载荷计算分析及承受拉伸载荷的计算分析。现利用有限元分析软件ANSYS,对所选取柔性管道进行静态分析。
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