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Ansys海底复合管S型铺管状态下的应力分析 海底复合管S型铺管状态下的应力分析 [李兵1，赵海斌1，段鹏1，魏斌2] [1：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安，710049] [2：中国石油天然气集团公司管材研究所，西安，710065] [ 摘 要 ] 海底复合管在采用S型铺管法铺设时，将同时受到弯矩、轴向拉力和海水拖曳力作用，严重威 胁其安全性，因此开展海底管道铺管状态下力学特性研究显得尤为重要。本文将利用ANSYS 软件，分析不同型号的双层复合管在采用S型铺管法铺设时，静水中和动水中的变形及应力。 重点分析了双层复合管中内衬管与外套钢管之间的剪切应力。计算中考虑了管道类型变化、水 深变化和管道张紧力变化等多种铺设工况，获得了不同的管道类型、水深以及管道张紧力与管 道变形、应力的关系曲线。研究工作和分析结果将为海底管道的S型铺设技术提供理论依据和 设计参考。 [ 关键词 ] 复合管道；S型铺管法；应力分析 Stress analysis of clad pipe under the sea with S-lay method [Li Bing1, Zhao Haibin1, Duan Peng1, Wei Bin2] [1: State Key Laboratory for Manufacturing systems Engineering, Xi’an, 710049] [2: Tubular Goods Research Center, CNPC, Xi’an, 710065] [ Abstract ] The clad pipe, which uses the S-lay method under the sea, will be affected by bending moment, axial tension and seawater drag at the same time and its safety faces great challenge. So the mechanical characteristics research on the clad pipe is very important. This paper will use ANSYS to calculate the deformation and stress of different clad pipes in both steady water and moving water. Especially we will focus on the shear stress between liner pipe and outer steel pipe. Calculations take the changes of pipe type, water depth and tension into account. We also find the curves which can describe the relationship between pipe type, water depth, tension, deformation and stress. The research and analysis for the S-lay method can provide a theoretical basis and design reference to submarine pipeline laying technology. [ Key words ] Clad pipe；S-lay method；stress analysis 1. 前言 海底管道是海洋油气资源开发的生命线，对海底石油和天然气的生产和外输起着关键性的作用。目前国际上使用最多的管道铺设方法是铺管船法，这种方法适用于长距离管段远离岸边 的铺管作业，而且经济指标也较好。结合国内外的铺管实际工程经验，铺管船法主要有三种：S型铺管法、J型铺管法和卷管式铺管法。其中，S型铺管法由于工程应用最早，其技术相对成熟，成为目前海底管道铺设最为常用的方法，典型S型铺管如图1.1所示[1]。但由于海洋环境十分恶劣，海底管道同时受到弯矩、轴向拉力和海水拖曳力的共同作用，其安全性受到很大的挑战，因此开展海底管道铺管状态下力学特性研究显得尤为重要[2]。 图1.1 S型铺管法 海平面 分离点 反弯点 托管架 触底点 海底