[发明专利]一种热塑性玻纤增强柔性管的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及管道工程技术领域，特别是涉及一种热塑性玻纤增强柔性管的设计方法。

背景技术

我国最早使用柔性管是在边际油田开发领域，后来逐步发展到注水管线、输气管线，目前能够用于输油的柔性管仍处于尝试阶段。大部分输油的柔性管都是使用的国外产品。

国内几家高校曾对玻纤增强柔性管道开展过相关的理论和试验研究，如浙江大学白勇和王立忠利用有限元软件ABAQUS对热塑性玻纤增强柔性管的横截面属性做过分析和研究，包括横截面属性解析解分析，横截面属性有限元分析，得到了截面属性和几何参数的近似解。。大连理工大学岳前进团队曾对非粘接钢带增强柔性管的结构进行过优化设计，并用ANSYS进行了界面力学性能分析，得到了非粘接柔性管的层间作用机理。哈尔滨工程大学乔英杰团队曾经对复合柔性管的材料属性以及结构功能一体化特性进行过相应的研究和试验，也取得了显著的成果，在复合材料机理研究处于国内领先水平，并且掌握海洋深水管道用轻质保温隔热材料及其制备方法。但是，这些研究都没有形成系统的玻纤增强柔性管截面设计方法，很难应用于实际生产。

发明内容

为此，本发明提出了一种可以应用于生产的热塑性玻纤增强柔性管的设计方法。

本发明提供了一种热塑性玻纤增强柔性管的设计方法，包括：

1)根据介质特性选择介质层材料；

2)获取介质层材料的性能参数；

3)设定玻纤增强柔性管的截面参数，包括内管壁厚，增强层层数，玻纤带厚度，玻纤带缠绕角度；

4)检验玻纤增强柔性管的设计力学性能是否满足设计要求，如不满足，重复第3步骤，直到满足设计要求为止。

进一步地，所述玻纤增强柔性管的设计力学性能包括抗内压性能，抗外压性能，抗弯曲性能和抗轴拉性能。

本发明通过检测玻纤增强柔性管的设计力学性能是否满足设计要求，对包括内管壁厚，增强层层数，玻纤带厚度，玻纤带缠绕角度在内的玻纤增强柔性管的截面参数进行筛选，获得满足设计要求的玻纤增强柔性管的截面参数，使热塑性玻纤增强柔性管的设计方法应用于生产成为可能。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例的一种热塑性玻纤增强柔性管的设计方法的流程图；

图2为本发明实施例的玻纤增强柔性管的整体坐标系图；

图3为本发明实施例的玻纤增强柔性管的局部坐标系图；

图4为本发明实施例的抗弯曲性能检测中数值计算过程的详细步骤图；

图5本发明实施例的一种热塑性玻纤增强柔性管的截面图；

图6为本发明实施例的抗外压性能检测中数值计算过程的详细步骤图；

图7为本发明实施例的层面间相互作用示意图；

图8为本发明实施例的计算屈服拉力的详细步骤图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例提供了一种热塑性玻纤增强柔性管的设计方法，如图1所示，包括：

1)根据介质特性选择介质层材料；

2)获取介质层材料的性能参数；

3)设定玻纤增强柔性管的截面参数，包括内管壁厚，增强层层数，玻纤带厚度，玻纤带缠绕角度；

4)检验玻纤增强柔性管的设计力学性能是否满足设计要求，如不满足，重复第3步骤，直到满足设计要求为止。

其中，所述玻纤增强柔性管的设计力学性能包括抗内压性能，抗外压性能，抗弯曲性能和抗轴拉性能。

在本发明实施例的一个方面，如图2和图3所示，其中Z，θ，r分别为整体坐标系下玻纤增强柔性管的轴向、环向和径向。所述抗内压性能的检验步骤包括：

整体柱坐标系下，玻纤增强柔性管的位移场表示为

u_r＝u_r(r),u_θ＝u_θ(r,z),u_z＝u_z(z)(3-1)

式(3-1)中，u_r，u_θ和u_z分别为径向，环向和轴向位移；

整体柱坐标系下，玻纤增强柔性管第k层的本构关系为