海洋纤维增强热塑性立管极限承载拉力预测方法

作     者：何杨烨 谭健 韩元明 袁坤 刘军鹏 安峰辰 HE Yangye;TAN Jian;HAN Yuanming;YUAN Kun;LIU Junpeng;AN Fengchen

作者机构：中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 

出 版 物：《海洋工程》 (The Ocean Engineering)

年 卷 期：2024年第42卷第3期

页      面：44-59页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 081505[工学-港口、海岸及近海工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0815[工学-水利工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082003[工学-油气储运工程] 0814[工学-土木工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

基　　金：中国石油大学(北京)基金资助项目(2462023QNXZ007) 国家自然科学基金资助项目(52078482,52171286) 

主　　题：海洋立管 热塑性管 轴对称载荷 温度分布 失效分析 极限承载力 

摘      要：海洋新型纤维增强热塑性立管因其可盘卷、耐腐蚀、耐疲劳和轻质化等优点,在深水油气开发中应用前景十分广阔。热塑性立管具有复合材料的各向异性、受力耦合效应及复杂的本构关系,且承受浮体运动和复杂海洋环境载荷,其失效模式尚未明确。针对轴对称载荷作用下纤维增强热塑性立管极限承载力问题,进行热塑性管稳态热传导和热应力的理论推导,求解了稳态温度和应力分布,首次给出了在任意温度载荷作用下管体径向位移的解析解,并直接求解其径向、轴向、环向和剪切应力。采用各向同性层Von Mises和各向异性层最大应力(Max Stress)准则或Tsai-Hill准则判定热塑性管的失效,基于应力分布、失效准则和二分法计算了热塑性管的极限载荷。温度载荷、纤维铺设角度和径厚比对管道的应力分布影响显著。不同温度载荷会改变失效指数沿径向的变化趋势,增大轴向拉力将增大热塑性管的失效指数,选用不同的失效准则在管体失效判定上存在一定的差异。热塑性管温度越低、纤维铺设角越小及径厚比越大,管道对轴向拉伸载荷的承载能力越强。