摘要：骨架层是柔性立管的最内层结构,主要用于抵抗深水外压荷载。骨架层截面形状复杂,尺寸参数繁多,这种特殊截面对骨架层临界压溃载荷的准确评估和优化设计提出挑战。本文建立了骨架层有限元模型,开展了非线性屈曲分析,并对比有限元仿真结果与实验结果,误差仅为6.93%。基于有限元仿真结果,建立了数据驱动的高精度代理模型预测骨架层临界压溃载荷,并对骨架层截面的关键参数进行灵敏度分析,发现厚度对骨架层临界压溃载荷起着决定性影响,贡献占比达64.55%。以骨架层最大临界压溃载荷和最小质量为优化目标,采用多目标粒子群优化算法对骨架层截面关键参数进行多目标优化,得到帕累托最优解集。根据3组应用工况得到对应3组最优截面参数,优化截面的代理模型预测临界压溃载荷和有限元仿真临界压溃载荷误差均小于3.00%,验证了预测结果的准确性。

摘要：非黏结柔性管道骨架层由不锈钢材料互锁缠绕而成,主要用于抵抗外压防止软管发生压溃失效。骨架层失效是柔性软管故障的最大风险,骨架层失效模式主要分为压溃失效和拉伸失效。采用非线性有限元方法并且考虑几何大变形、材料非线性、接触和摩擦等非线性效应的影响,对"S"型骨架层结构建立三维有限元模型,进行了单外压作用下的压溃失效分析和单一轴向拉力作用下的拉伸失效分析,而后开展轴向拉力和外压载荷组合作用下骨架层压溃失效分析。结果表明轴向拉力会一定程度上降低骨架层压溃承载力,相关结论可以为柔性软管结构设计和完整性评价提供参考。

摘要：为防止铺设或储运过程中出现径向压缩失效,海洋柔性管道内层设计采用互锁型骨架层。基于有限元数值分析方法,建立骨架层三维有限元模型,研究径向压缩载荷作用下骨架层的力学行为。同时将骨架层简化为圆环,推导了圆环对径向压缩刚度的解析公式。搭建了柔性软管径向压缩性能的实验测试装置,通过骨架层试件的径向压缩测试,验证了有限元模型的正确性;发现传统理论模型的误差较大。数值研究还发现,随着钢带厚度与内径比的增加,骨架层径向压缩刚度会显著增大。建立的有限元数值模型及其分析技术为柔性管道受径向压缩分析和设计提供了有效的技术手段。

摘要：作为海底柔性管的关键结构部分,骨架层的质量和性能对于整个柔性管的使用寿命和安全性具有至关重要的影响。在海底柔性管骨架层的生产过程中,由于深海环境的复杂性和恶劣条件,制造过程中可能会出现质量、性能问题。为此,对在海底柔性管骨架层生产过程中存在的一些问题进行剖析,并从工艺、材料选择、监测等方面提出了解决方案。

摘要：随着海洋油气资源不断开发,非黏结柔性立管的应用也越来越广泛。当水面上吊装柔性立管的船舶发生不规则运动时,连接在船舶下部的柔性立管会承受变化的轴向载荷。骨架层作为非黏结柔性立管最内层结构,由于其几何形状的特殊性,在外载荷作用下相邻表面会出现接触从而引起摩擦。鉴于此,针对骨架层螺旋带结构建立相应的骨架层力学计算模型,对骨架层施加变化的轴向力,借助ABAQUS有限元软件分析骨架层在变化轴向力作用下应力应变和不同情况下的摩擦损失。当摩擦因数在0.15~0.20区间内时,摩擦力做功最大;当摩擦因数大于0.25时,摩擦力做功随着摩擦因数的增加逐渐减小;对骨架层施加径向外压在5 MPa以内时,其外部压力变化对摩擦力做功没有太大影响;摩擦损失因子随着摩擦因数增大而逐渐增大,当摩擦因数大于0.20时,摩擦因数的变化对摩擦损失因子改变影响较小。研究结果可为骨架层端部失效及工程设计制造时的强度计算提供依据。

摘要：骨架层径向压缩失效是海洋柔性管的主要失效形式之一。为了分析海洋柔性管骨架层在径向夹持载荷作用下的力学特性,基于ABAQUS建立了考虑材料非线性的骨架层数值模拟模型,得到了层间相互作用和压块数量对骨架层径向压缩时力学特性的影响。计算发现:当施加相同载荷时,考虑骨架层层间滑动将增大骨架层径向压缩位移;压块数量是骨架层径向压缩特性的重要影响因素,压块数量越多,骨架层径向压缩刚度越大,许可径向压缩力越大,但许可径向压缩位移越小;压块数量超过4个时,压块数量对骨架层径向压缩特性的影响逐渐减小。研究结果表明,给出的数值方法能有效计算柔性管通过不同压块数量的张紧器时,柔性管不发生过度变形的最大加载位移和最大夹持力。

摘要：柔性管骨架层是截面形式复杂的自锁螺旋结构。若考虑材料、几何和接触等非线性,则计算复杂且有时不收敛,因此引入简化数值模型来研究骨架层压溃是一种有效的方法。目前常采用计入骨架层实际截面形状的1/4对称环模型,对不同缠绕螺旋角的骨架层压溃问题研究尚未见报道。论文从等效刚度理论出发,利用有限元软件ANSYS,提出了用于两种用于骨架层数值计算的简化模型,即单圈螺旋条带模型和等效矩形截面螺旋条带模型,并基于两种简化模型探究了几何、材料非线性和螺旋角对骨架层压溃的影响。结果表明:两种简化模型都能有效模拟骨架层的压溃行为。其中等效矩形截面螺旋条带模型由于没有层间接触,在非线性分析中极大地提高了计算效率。骨架层的临界压力值随着螺旋角的增大而增大,但当螺旋角大于80°时可以不考虑其对骨架层压溃的影响。本文结果可为柔性管骨架层的优化设计提供支撑。

摘要：针对海洋柔性管道互锁型骨架层由于外部静水压力可能引起压溃失效问题,文中基于有限元分析方法,采用实体单元,建立骨架层结构三维有限元模型,研究静水外压作用下骨架层的压溃行为.分析结果显示,当不考虑几何缺陷及材料非线性时,计算得到的压溃特征值与解析方法得到结果吻合良好;当模型考虑初始椭圆度缺陷时,压力位移曲线经过一段线性变化过程后快速趋近于临界压溃值,且随着初始椭圆度的增大,临界压溃值逐渐减小;当模型进一步引入材料非线性时,骨架层的抗压溃能力显著下降,临界压溃值比理想状态下减小近一半.数值模型与结果为柔性管道抗压溃分析设计提供了有效的技术手段.

摘要：非黏结柔性管道作为深水油气开发领域的关键设备,是连接海底井口和海洋平台的主要纽带。海洋油气开发水深已经超过了3000 m,高静水压力是深水软管设计和安全评价的主要挑战,明确深水柔性管道压溃失效机理,并准确地预测柔性管道的压溃压力可以为柔性管道结构设计和安全评价提供依据,柔性管道的压溃压力与骨架层的几何形状以及骨架层之间复杂的相互作用有关,准确高效地预测压溃压力变得极具挑战性。针对柔性管道失效机理研究和压溃压力预测方法进行了总结,指出当前柔性管道压溃失效分析中薄弱的环节,为我国非黏结柔性管道的结构设计和安全评价提供参考。