刘文青,郭海燕,陈洪程

(中国海洋大学 工程学院,山东 青岛266100)

脐带缆是连接顶部浮体与水下生产系统或水下生产系统之间的管缆,对海洋油气开发至关重要,为海洋油气开发提供电力,液压通道、所需化学药剂,且传输信号。拉伸刚度是评价钢管脐带缆性能的重要指标之一,国内外众多科研人员针对螺旋缠绕结构的拉伸行为开展了大量研究,较早的研究中理论模型简化为曲梁模型,之后又发展出弹簧模型、钢丝绳模型以及螺旋圆柱体模型。Costell o和Philips[1]基于曲梁理论对螺旋弹簧结构的基本力学行为分析进行了详细的论述；Knapp[2-3]考虑核心圆柱的泊松效应,针对拉伸过程中的拉扭耦合问题,采用能量变分法推导出刚度矩阵形式的拉扭模型,给出了拉扭刚度理论计算公式。但其理论分析中不考虑脐带缆的接触摩擦,近年来采用有限元分析脐带缆的拉伸刚度成为研究热点,肖能等[4]基于ANSYS中的梁单元与线线接触建立脐带缆有限元模型,对脐带缆的拉伸行为进行了有限元分析；TANG等[5]考虑由于中心圆柱体的径向收缩对脐带缆整体拉伸刚度的影响,建立半解析半模拟的拉伸刚度模型进行验证；张梁等[6]推导脐带缆单根铠装钢丝拉伸应力与刚度的理论公式,并用ANSYS计算不同螺旋升角、钢丝直径、节圆直径对单根铠装钢丝的力学性能的影响；张克超等[7]利用ANSYS软件对无铠装和有铠装脐带缆进行数值模拟分析,探讨了不同的功能管件缠绕角度、摩擦因数对脐带缆的拉伸刚度的影响,但未考虑铠装层参数对拉伸行为的影响；……