非粘结柔性立管截面非线性响应及螺旋层失效特性研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）非粘结柔性立管截面非线性响应及螺旋层失效特性研究硕士研究生：刘文成指导教师：任少飞讲师企业导师：李剑钊研究员工程领域：船舶与海洋工程论文主审人：张阿漫教授哈尔滨工程大学2018年6月分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）非粘结柔性立管截面非线性响应及螺旋层失效特性研究硕士研究生：刘文成指导教师：任少飞讲师学位级别：工程硕士工程领域：船舶与海洋工程所在单位：船舶工程学院论文提交日期：2018年4月28日论文答辩日期：2018年6月8日学位授予单位：哈尔滨工

2、程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheProfessionalDegreeofMaster(MasterofEngineering)StudyonNonlinearCross-sectionalMechanicalResponseofUnbondedFlexibleRisersandFailureCharacteristicsofHelicalLayersCandidate:LiuWenchengSupervisor:RenShaofeiAcademicDegreeApplie

3、dfor:MasterofEngineeringEngineeringField:NavalArchitectureandOceanEngineeringDateofSubmission:Apr.28,2018DateofOralExamination:Jun.8,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明

4、引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文

5、的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日非粘结柔性立管截面非线性响应及螺旋层失效特性研究摘要在深海油气资源开采过程中，非粘结柔性立管是一种相对高效的油气输送工具。随着油气需求的增长和海洋工程技术的发展，深海油气的开采规模正在逐步扩大。非粘结柔性立管为多层复合结构，形式复杂，其截面力学性

6、能和典型失效模式的研究对于保证海洋油气的安全生产和输送至关重要。我国南海是世界四大海洋油气资源区之一，油气蕴藏量丰富，资源利用前景广阔，需要迫切提高相关的海洋油气开发技术水平。工业及学术界对非粘结柔性立管在深海中的力学性能尚未完全掌握，而非粘结柔性立管是非常重要的海洋工程结构物，对其开展截面非线性力学响应和典型失效模式研究具有非常重要的工程应用价值。本文从材料非线性、几何非线性、循环载荷下的迟滞特性以及载荷间耦合研究非粘结柔性立管截面非线性响应；基于等效刚度理论计算骨架层和抗压铠装层等效厚度，并开展了不规则截面螺旋层压溃失效分

7、析；同时，采用数值方法研究了抗拉铠装层螺旋带的侧向屈曲问题。首先，本文对非粘结柔性立管的结构和不同条件下的典型失效模式进行了具体阐述。分别阐述了非粘结柔性立管骨架层、抗压铠装层、抗拉铠装层和内外护套层的结构和作用，具体阐述了骨架层和抗压铠装层的椭圆压溃、心形压溃，抗拉铠装层的断裂失效，鸟笼失效和侧向屈曲失效。总结整理了国内外非粘结柔性立管截面力学响应、骨架层和抗压铠装层椭圆压溃以及抗拉铠装层侧向屈曲的研究现状。基于对非粘结柔性立管截面力学响应的理论研究方法和数值研究方法的总结，结合功能原理和Ramberg-Osgood弹塑性模

8、型研究了材料非线性对非粘结柔性立管截面力学性能的影响，采用数值模型分析了几何非线性的影响，计算结果表明抗拉铠装层材料的塑性变化对立管的非线性响应影响最大；通过加载拉力、轴压、扭矩以及外压等载荷，研究了非粘结柔性立管在循环载荷下的迟滞特性，立管层间的摩擦强弱对立管迟滞响应具有明