與剛性管道相比，柔性管的最大優(yōu)點(diǎn)是可以承受較大的變形。懸跨管線(xiàn)通常都采用柔性管道，海洋平臺的立管采用柔性管道可避免大的變形和渦激振動(dòng)引發(fā)的疲勞破壞。在邊際油田開(kāi)發(fā)中，采用柔性管道也有一定優(yōu)勢，盡管其造價(jià)相對較高，但它更易鋪設和回收，故可以降低綜合成本。
      針對柔性管的結構形式、截面設計和力學(xué)性能分析，國內外學(xué)者做了大量研究。Justin Tuohy等人指出無(wú)粘結柔性管技術(shù)是解決深水油氣運輸問(wèn)題的有效方法；閆嗣伶等人介紹了柔性管道的分類(lèi)與結構，并指出無(wú)粘結柔性管道是國內深水海底管道技術(shù)發(fā)展的方向；Felippa和chun推導了深海立管非線(xiàn)性靜態(tài)平衡結構數值測定的靜態(tài)分析過(guò)程，其中立管用含有軸向、彎曲和扭轉變形的三維有限元梁?jiǎn)卧獊?lái)模擬；Y.zhang等人研究了外靜水壓作用時(shí)骨架層結構屈曲導致的結構破壞，從而導致柔性管壓潰破壞；Alfredo等人將骨架層利用彎曲剛度等效成一定厚度的圓筒計算臨界壓潰力；湯明剛等人采用實(shí)體單元建立骨架層結構三維有限元分析模型，研究了靜水外壓作用下骨架層的壓潰行為；Hobb提出將管道金屬層和聚合物之間的復雜關(guān)系等效為各向異性殼的模型；Ali Bahtul等人借助有限元分析軟件ABAQUS研究了無(wú)粘結柔性立管的軸向拉伸響應；盧青針等人通過(guò)建立柔性管道的簡(jiǎn)化力學(xué)模型，對柔性管道抗拉性能進(jìn)行分析并提出了柔性管道抗拉設計的方法。
      本文結合某項目需求，在介紹柔性管結構形式的基礎上，選取NKT公司普通粗糙型柔性管作為柔性管結構形式，基于有限元數值模擬，模擬管道壓潰、承受內壓和拉伸行為，為非粘結柔性管道提供有效數值設計方法。
      柔性管根據其使用功能不同分為柔性立管、鋪管和連接管等；根據制作工藝不同分為粘結柔性管和無(wú)粘結柔性管。由于無(wú)粘結管道可以根據需要進(jìn)行增加或減少管層，且層間允許相對的位移，能更好的滿(mǎn)足用戶(hù)的要求，并且能避免粘結管道的特殊工藝及對環(huán)境造成的影響，因此被廣泛應用。目前，柔性跨接管的生產(chǎn)和設計僅限于國外的少數公司，其中比較著(zhù)名的有WellStream、Deepflex、Techni及NKT。
      （1）Wellstream柔性管Wellstream公司生產(chǎn)的柔性管從內向外主要包括：柔性骨架層、防滲漏密封層、柔性自鎖層和一對反向抗拉金屬層。該柔性管主要適用于海上采油和輸油的動(dòng)態(tài)立管和靜態(tài)流管，都是無(wú)粘結管，管道的直徑從1英寸~20英寸，壓力可達15 000 bf/in²，水深3 000 m以上。NKT柔性管NKT公司生產(chǎn)的管主要有三種，其管線(xiàn)內徑從2.5英寸~16英寸，壓力可達15000 bf/in²，設計溫度可達130℃。
      （2）根據骨架層性質(zhì)的不同，NKT柔性管又分為粗糙型和光滑型兩種：粗糙型柔性管的最內層是金屬材質(zhì)自鎖結構的鋼骨架，分為普通粗糙型和高壓粗糙型兩類(lèi)；當金屬自鎖結構的鋼骨架和一層聚合物同時(shí)構成時(shí)，被稱(chēng)作光滑型柔性管，它相比粗糙型柔性管較為昂貴，這種結構和有效減少壓強驟降可運輸過(guò)程中的管道噪音。
      選取通過(guò)對上述兩家大型柔性管公司產(chǎn)品的結構對比分析可知，柔性管的內部功能層結構是基本一致的，而差異表現在適用環(huán)境導致的管道層數的增減，不同類(lèi)型的柔性管其設計壓力也不同。某項目要求的柔性管的管徑為6"，設計壓力25 Mpa，結合其經(jīng)濟性和實(shí)用性，選取柔性管結構形式為NKT公司普通粗糙型柔性管。
 

                                                                                專(zhuān)業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│CAE分析│結構優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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