内压作用下钢丝缠绕增强橡胶软管力学响应研究

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1、声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下独立完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我共同工作过的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。一．华考筝名：撇．日期：汐f饵／z月学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳建筑大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳建筑大学(或其授权机构)可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并通过网络提供

2、检索、浏览。(如作者和导师同意论文交流，请在下方签名；否则视为不同意。)作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：不限曰半年口一年口一年半口两年口．．作者签名：，毛耱钾砭．．导师签名：码两．戈孓心日期o．沥饵糊日期：如I南蝴摘要随着全球石油天然气能源需求的急剧增长，陆地资源开采难度的日益加大，海洋已经成为全球资源开采的新增长点。世界上的发达国家都从战略高度采取各种有效措施积极推进海洋工程的发展。海底管线是海洋工程的重要组成部分。我国目前使用的海底管线多为硬质海底管线，即钢管外覆混凝土。随着海洋工程的快速发展，硬质海底管线的安全问题日益突出。钢丝缠绕增强橡胶软管，即

3、海底输油软管，是一种全新的复合管，通常由内胶层、内胶保护层、中胶层、二至六层钢丝缠绕增强层和外胶保护层组成，以直径为2～4mm的钢丝倾角缠绕成型的网状骨架为增强体，以橡胶为基体。这种独特的结构，使得钢丝缠绕增强橡胶软管集钢管、橡胶管两种管材的优点于一体，具有良好的耐腐蚀性、承压性、弯曲性以及施工简便、可回收再利用等优点，在石油化工、市政工程、船舶等领域具有广阔的应用前景。我国生产的这种软管虽然与国外产品在名称上相同，但是其结构形式并不相同。从结构形式上看，我国的软管更类似于钢丝缠绕增强塑料复合管(PsP)，但仍不能完全套用针对PsP所得到的相关结论。关于钢丝缠绕增强橡

4、胶软管的研究，目前大多停留在制造、安装及应用等方面，对其力学性能的研究还处于起步阶段，因此对其进行力学性能的研究具有重要的科研和工程意义。本课题在辽宁省教育厅科研项目基金(No．L2010461)的大力支持下，采用ANSYS软件对钢丝缠绕增强橡胶软管的静力响应进行了较为系统深入的数值模拟研究，主要研究内容包括：(1)从复合材料的角度，全面总结了复合管线的发展动态、种类结构以及力学行为的研究现状。(2)根据软管的实际构造，采用有限元软件建立基于多层『F交各向异性层合壳的软管三维有限元静力分析模型，对内压作用下软管静力响应进行了数值模拟研究。并通过与‘已有试验数据对比，验

5、证软管数值模型的合理性。研究结果表明内压作用下软管端部为薄弱部分，最容易发生破坏，在软管设计与制造过程中应引起足够的重视。(3)在上述软管有限元模型基础上，建立内部充满均匀水介质的软管数值模型，对内压与横向荷载联合作用下的软管静力响应进行了数值模拟研究。并通过与已有试验数据对比，验证软管数值模型的合理性。(4)通过改变钢丝缠绕增强橡胶软管数值模型的参数，进一步分析了影响软管力学性能可靠性的各个因素，主要包括内压、横向荷载以及悬跨长度等。研究结果表明：对软管力学性能可靠性影响最为重要的因素是内压；其次是悬跨长度；横向荷载对软管力学性能可靠性的影响最弱，但对软管竖向位移影

6、响较大。关键词：钢丝缠绕增强橡胶软管；ANsYS；有限元模型；内压；横向荷载；静力响应AbstractWi也t11er印idd锄aIldgro、砌1of酉obaloilandgaSa11dlandresourcesareeXploitingmoreaIldmoredi伍clllt，Ⅱleseahasbecomeanewgrowthpointof甜obalresourcesexploitation．ThedeVelopedcountriesoftheworldareactiVelyta：keV撕ouse丘’ectiVemeasurestopromotethedeVelo

7、pmeIltofoceanen百neeringintllestrate黟subm撕nepipeisa11importaJltpartofoceaIlen舀ne嘶ng．Tbdayhardsubm撕nepipeline，n锄elyconcreteencapsulatedsteelpipeisusedinCllina．W沛therapiddeVelopmentofoce锄en舀ne舐ng，mesafetyofhardsubmarinepipelinehasbecomea11increasinglyimportantissue．Steelwirewoundr