海洋柔順性管纜鎧裝鳥籠現(xiàn)象機理研究.pdf

1、我國經(jīng)濟的高速發(fā)展促使能源的大量消耗，陸地資源開采的同時也對海洋油氣資源進行了勘探開發(fā)。海洋柔順性管纜是深海油氣開發(fā)中必不可少的海洋裝備之一，主要包括海洋非粘接性柔性管、臍帶纜及海纜等，共同特點為均具有螺旋纏繞的鎧裝結(jié)構(gòu)。柔順性管纜在安裝鋪設及在位服役等工況會受到風浪流等載荷作用，會導致觸地點處鎧裝出現(xiàn)徑向鳥籠。徑向鳥籠會對管纜造成極大的破壞。因此本文針對柔順性管纜的徑向鳥籠機理開展了相應的研究。論文主要內(nèi)容及結(jié)論總結(jié)如下。
　　

2、本文首先闡述國內(nèi)外柔順性管纜鎧裝徑向鳥籠研究現(xiàn)狀，系統(tǒng)總結(jié)并對比了該問題研究的三大方法，提出本文的研究思路。首先對基于一系列假設得到的螺旋鎧裝鋼絲發(fā)生徑向鳥籠的臨界載荷求解公式進行分析。同時，對影響臨界載荷的參數(shù)開展簡單敏感性分析，得到單一參數(shù)變化下的臨界載荷變化趨勢。其次，搭建了完整的鎧裝鋼絲徑向鳥籠機理實驗研究裝置。通過分析鋼絲變形過程中的位移載荷及應變曲線，發(fā)現(xiàn)螺旋纏繞半徑越大，螺旋角度越大，達到臨界載荷之前螺旋鋼絲的載荷對加載位

3、移變化率越小，但對應的臨界載荷值越大；同時可看到，螺旋結(jié)構(gòu)達到臨界值之前的變形過程中彈性與塑性均存在，且驗證了該問題屬于典型的幾何非線性問題。接著，建立了與實驗等同數(shù)值模型，對比并系統(tǒng)地分析數(shù)值與實驗結(jié)果的差異性及實驗過程中存在的問題，并提出了相應的改進建議。通過數(shù)值研究比較完整地對影響臨界載荷的參數(shù)進行敏感性分析，得到本文所研究臍帶纜鎧裝結(jié)構(gòu)的單根鎧裝鋼絲在單倍螺距下的螺旋纏繞角度、截面慣性矩、螺旋纏繞半徑分別與臨界載荷大致呈下開口拋

4、物線增長、線性增長、負指數(shù)減小關系。
　　本文最后基于“863”項目中真實臍帶纜設計了多工況實驗，發(fā)現(xiàn)臍帶纜鎧裝層在加載過程中鋼絲中間位置首先進入塑性變形階段，同時也是徑向鳥籠發(fā)生的大致位置。單層鎧裝加載過程中載荷位移曲線走勢比較光滑，而雙層鎧裝因粘膠作用跳躍較大。通過對比單層與雙層鎧裝最大承受載荷，可得到管纜制造過程中給加強帶施加預纏繞力可大幅度提高其承載能力的結(jié)論。臍帶纜鎧裝層越長，臨界載荷越小，且鎧裝層間的粘膠作用越不明顯。