深海脐带缆内套管间相互作用的研究.pdf

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1、第25卷第6期中国海洋平台V01．25No．62010年12月CHINAOFFSHOREPLATFORMDec．，2010文章编号：1001—4500(2010)06-028—05O深海脐带缆内套管间相互作用的研究李清泉，(上海交通大学杨和振，上海200240)摘要：深海脐带缆是连接上部控制装置和海底生产系统的生命线，其内部各套管之间的相互接触作用是影响脐带缆安全性的一个重要因素。建立脐带缆局部有限元模型，分析其在不同工况下相关应力的变化。分析结果表明：摩擦系数对该模型的最大等效应力、接触应力均有影响，尤其在栽荷大到

2、一定程度时对摩擦应力影响较大。关键词：脐带缆；摩擦系数；接触；静力分析中图分类号：P75文献标识码：AStaticAnalysisoftheTubesInteractioninDeep-seaUmbilicalsLIQing—quan，YANGHe-zhen(ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Thiseffectoftubesinteractioninthedeep-seaumbilicalisstudiedbystaticanalysi

3、s．Thedeep-seaumbilicalarethe“lifelines”betweenthetopsidecontrolfacilitiesandthesubseaproductionsystem，anditscross—sectionsisverycomplex，SOtheinteractionamongtubesinsideisanimportantfactoraffectingthesafety．AdetailedfiniteelementmodelofumbilicaliSestablished．The

4、behaviorofrelevantstresseswithdifferentfrictioncoefficientiSsimulatedindifferentloadeases．Accordingtothecomparativeanalysis，itshowsthatthefrictioncoefficientdohaveaffectiononmaximumstressandcontactpress，especiallywhentheIoadreachsomevalue，itaffectsfrictionstres

5、salOt．Theresearchresultsarehelpfultothedeep—seaumbilical’Sdesignandanalysis．Keywords：umbilical；frictioncoefficient；contact；staticanalysis引士丘在深海油气开采中，连接水面浮式装置和海底设备的深海脐带缆安全性至关重要。脐带缆主要起着输送化学制剂、液压流体、电及信号的作用，是海洋油气生产系统的生命线。一旦脐带缆受到损坏将会给整个系统带来巨大的影响，而脐带缆内部部件的损坏将会使通信中断并且

6、影响到整个生产系统的控制。脐带缆一般由电缆、光纤、输送化学制剂和液压流体的钢管、外部保护层(钢管和复合材料)等组成，如图1所示。近年来国内外众多科研人员对脐带缆进行了研究。Witz等¨3对脐带缆弯曲的应力情况及影响做了探讨；连琏等口3在建立了三维空间缆索物理模型和数学模型的基础上对深海ROV脐带缆的性状进行了模拟收稿日期：2010--05—11基金项目：国家自然科学重点基金资助项目(50739004)；国家“Jk六---”项目资助(2009AA092301)作者简介：李清泉(1987一)，男，研究生，主要从事海洋工程

7、结构分析研究。第6期李清泉等深海脐带缆内套管间相互作用的研究计算；Custodio等[31提供了对各种载荷情况下的脐带缆分析的公式；朱克强等‘43提出了一种能统一处理系泊、拖曳、脐带缆静态构形和张力计算的参数分析法；Kristoffersen等¨1对应用小直径超强双相钢管的疲劳准则进行了探讨；Kavanagh等[6]考虑了管之间的摩擦对脐带缆寿命的影响，并考虑了载荷随时间变化的影响；Saevik等[7]对复杂截面的脐带缆进行了理论和实验研究；Knapp等[81对脐带缆的复杂模型结构进行了分析；张敬安等[9]对海底管线

8、安全状态的评估技术作了综述。深海环境下，随着水深加深和脐带缆尺寸加大，各套管间相互接触作用已成为脐带缆分析设计不能忽略的一个重要问题。套管间的摩擦图1深海脐带缆示意图会降低脐带缆疲劳寿命，并且随着水深的加深，部件的替换和修复将会变得更加困难，成本也更加昂贵。因此，本文着重研究在静力作用下各套管间相互接触作用对深海脐带缆相关应力的影响。建立脐带缆