復(fù)雜荷載組合作用深海夾層管復(fù)合結(jié)構(gòu)屈曲失穩(wěn)機理研究.pdf

1、隨著海洋油氣資源開發(fā)向深海和超深海邁進(jìn)，海底油氣管道無疑面臨著更大的風(fēng)險與挑戰(zhàn)，深海巨大的靜水壓力和低溫環(huán)境對海底管道的承壓能力，抗腐蝕能力和保溫隔熱能力都有較高要求。而傳統(tǒng)單層管已無法滿足深水和超深水海域管道的承載力和安全輸運要求。一種新型的夾層管復(fù)合結(jié)構(gòu)以其在深海油氣資源開發(fā)和輸運領(lǐng)域的顯著的優(yōu)勢受到人們的廣泛關(guān)注。深海油氣管道在鋪設(shè)和服役期間，需要承受軸向拉力、彎曲和外部高靜水壓力作用。夾層管的材料非線性和幾何非線性加大了管道受力

2、的復(fù)雜性，復(fù)雜的外部荷載下管道極易發(fā)生局部屈曲，屈曲沿管道軸向傳遞，導(dǎo)致管道的整體失穩(wěn)破壞。夾層管復(fù)合結(jié)構(gòu)在深海油氣資源運輸領(lǐng)域具有巨大的前景，對其在復(fù)雜荷載作用下的屈曲失穩(wěn)機理展開研究具有重大的現(xiàn)實意義。
　　本文通過試驗測得夾芯層與內(nèi)外管之間的黏結(jié)性能，并與數(shù)值模擬方法得到的結(jié)果進(jìn)行對比。在考慮不同的層間黏結(jié)性能的基礎(chǔ)上，對夾層管在復(fù)雜荷載組合作用下的屆曲失穩(wěn)進(jìn)行較為精確的數(shù)值模擬分析，具體研究工作主要為以下幾個方面:

3、　　(1)夾層管的層間黏結(jié)性能研究。本文通過剪切試件拉伸試驗和夾層管段試件軸向推出試驗，在接觸面光滑和粗糙條件下，分別獲得采用環(huán)氧樹脂膠和3M-DP8005膠粘接的層間切應(yīng)力-位移關(guān)系曲線。利用通用有限元軟件ABAQUS分別建立兩種試驗的有限元模型，模擬試驗過程進(jìn)行計算，并與試驗結(jié)果進(jìn)行對比。
　　(2)軸向拉力與彎曲組合作用下夾層管復(fù)合結(jié)構(gòu)屈曲失穩(wěn)研究。建立了夾層管復(fù)合結(jié)構(gòu)在彎曲與拉力組合作用下的數(shù)值模型，采用節(jié)點間的非線性彈簧

4、單元模擬夾層管軸向和環(huán)向的層間黏結(jié)性能，通過廣泛的參數(shù)化分析，系統(tǒng)地闡述了加載路徑、層間黏結(jié)性能、截面幾何構(gòu)型以及材料特性等因素對夾層管屈曲失穩(wěn)的影響。
　　(3)靜水壓力與彎曲組合作用下夾層管復(fù)合結(jié)構(gòu)屈曲失穩(wěn)研究。建立了夾層管復(fù)合結(jié)構(gòu)在靜水壓力與彎曲組合作用下的數(shù)值模型，通過一系列參數(shù)敏感性分析，研究了加載路徑、層間黏結(jié)性能、截面幾何構(gòu)型以及材料特性等因素對該荷載組合作用下夾層管屈曲失穩(wěn)的影響機理。
　　研究結(jié)果表明，復(fù)雜