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基于有限元的海洋柔性管管接头扣压方式的研究和分析

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基于有限元的海洋柔性管管接头扣压方式的研究和分析

发布日期:2020-12-06 00:00 来源:http://www.osy-directory.com 点击:

              随着世界能源消耗的日益加剧,陆地油气开采已无法满足社会发展的需求,世界各国正不断对海洋油气资源进行开采和利用。基于海洋管道的油气运输方式已被广泛应用于海洋油气开采,海洋管道分为钢管和柔性复合管两类,柔性复合管通常由金属与聚合物复合而成,分为内芯管、增强层、外保护层,相比钢管,海洋柔性复合管具有可设计性、柔性好、耐高压、耐腐蚀、耐结垢、摩阻系数小、保温性好、寿命长,易于铺设和回收等特点,更适应于海洋环境,已广泛应用于石油天然气行业。接头与柔性管的连接部位是管道最薄弱的环节,扣压质量的好坏将直接影响管道的安装和使用安全。管接头是海洋柔性复合管油气运输系统的重要组成部分,是柔性复合管道的终端,用于与其他管线或设备的终端连接。柔性管管接头的形式分为扣压式和可拆卸式,扣压式接头具有体积小、1456214868185399.png重量轻,使用可靠、生产效率高和成本低的特点,又因柔性管无需经常装卸,在工程中得到了广泛的应用。扣压式1扣压式接头扣压式接头通常由外套管和内芯管组成,在各自工作表面设计有锯齿形或波浪形特征,以增强接头与柔性管的连接质量,防止拔脱,扣压式接头是由扣压操作实现与柔性管的可靠连接,在工程实践中,有直接径向扣压和轴向运动的缩径扣压。前者通过分瓣扣压模具的径向运动实现扣压操作,根据接头与扣压模具的长度,可分段扣压;后者则通过锥形模具的轴向运动实现接头的缩径扣压,箭头为模具运动方向,也可以反方向运动。柔性管的内芯管和外保护层材料均为HDPE,增强层由钢带铠装,忽略其缠绕特征并简化模拟。根据管接头和柔性管的结构特征,分析简化为轴对称模型,有利于降低计算成本,提高设计效率,有限元分析模型如图7所示。运用有限元软件ABAQUS对接头扣压过程进行仿真分析,采用壳单元进行计算。分瓣模具运用有限元技术对其扣压过程进行仿真分析,研究不同扣压方式对接头扣压质量的影响。管接头扣压过程的仿真分析以下以非黏结性海洋柔性管。管接头为例研究在不同扣压方式下接头的变形情况和扣压质量。所示为柔性管管接头,考虑海洋环境和输送介质的腐蚀性,选用耐腐蚀材料,而且扣压过程将引起塑性变形,因此要求被扣压部件材料具有较低的屈强比,塑性较好,接头材241抗拉强度/MPa 586断后伸长率/%302.1定义材料属性及边界载荷在扣压过程中,接头和柔性管会产生不可逆的塑性变形,为了真实反映接头的扣压过程,将定义材料的应力应变曲线。在管接头末端施加固定约束,对扣压模具施加位移载荷,驱动扣压模具实现扣压操作,扣压量为1.8mm。直接径向扣压分析假设扣压模具长度远大于接头长度。

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