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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引發(fā)的疲勞破壞。在邊際油田開發(fā)中，采用柔性管道也有一定優(yōu)勢，盡管其造價相對較高，但它更易鋪設(shè)和回收，故可以降低綜合成本。
針對柔性管的結(jié)構(gòu)形式、截面設(shè)計(jì)和力學(xué)性能分析，國內(nèi)外學(xué)者做了大量研究。Justin Tuohy等人指出無粘結(jié)柔性管技術(shù)是解決深水油氣運(yùn)輸問題的有效方法；閆嗣伶等人介紹了柔性管道的分類與結(jié)構(gòu)，并指出無粘結(jié)柔性管道是國內(nèi)深水海底管道技術(shù)發(fā)展的方向；Felippa和chun推導(dǎo)了深海立管非線性靜態(tài)平衡結(jié)構(gòu)數(shù)值測定的靜態(tài)分析過程，其中立管用含有軸向、彎曲和扭轉(zhuǎn)變形的三維有限元梁單元來模擬；Y.zhang等人研究了外靜水壓作用時骨架層結(jié)構(gòu)屈曲導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞，從而導(dǎo)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(jì)算臨界壓潰力；湯明剛等人采用實(shí)體單元建立骨架層結(jié)構(gòu)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(fù)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研究了無粘結(jié)柔性立管的軸向拉伸響應(yīng)；盧青針等人通過建立柔性管道的簡化力學(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(shè)計(jì)的方法。
本文結(jié)合某項(xiàng)目需求，在介紹柔性管結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，選取NKT公司普通粗糙型柔性管作為柔性管結(jié)構(gòu)形式，基于有限元數(shù)值模擬，模擬管道壓潰、承受內(nèi)壓和拉伸行為，為非粘結(jié)柔性管道提供有效數(shù)值設(shè)計(jì)方法。
柔性管根據(jù)其使用功能不同分為柔性立管、鋪管和連接管等；根據(jù)制作工藝不同分為粘結(jié)柔性管和無粘結(jié)柔性管。由于無粘結(jié)管道可以根據(jù)需要進(jìn)行增加或減少管層，且層間允許相對的位移，能更好的滿足用戶的要求，并且能避免粘結(jié)管道的特殊工藝及對環(huán)境造成的影響，因此被廣泛應(yīng)用。目前，柔性跨接管的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)僅限于國外的少數(shù)公司，其中比較著名的有WellStream、Deepflex、Techni及NKT。
（1）Wellstream柔性管Wellstream公司生產(chǎn)的柔性管從內(nèi)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態(tài)立管和靜態(tài)流管，都是無粘結(jié)管，管道的直徑從1英寸~20英寸，壓力可達(dá)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，其管線內(nèi)徑從2.5英寸~16英寸，壓力可達(dá)15000 bf/in2，設(shè)計(jì)溫度可達(dá)130℃。
（2）根據(jù)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(nèi)層是金屬材質(zhì)自鎖結(jié)構(gòu)的鋼骨架，分為普通粗糙型和高壓粗糙型兩類；當(dāng)金屬自鎖結(jié)構(gòu)的鋼骨架和一層聚合物同時構(gòu)成時，被稱作光滑型柔性管，它相比粗糙型柔性管較為昂貴，這種結(jié)構(gòu)和有效減少壓強(qiáng)驟降可運(yùn)輸過程中的管道噪音。
選取通過對上述兩家大型柔性管公司產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)對比分析可知，柔性管的內(nèi)部功能層結(jié)構(gòu)是基本一致的，而差異表現(xiàn)在適用環(huán)境導(dǎo)致的管道層數(shù)的增減，不同類型的柔性管其設(shè)計(jì)壓力也不同。某項(xiàng)目要求的柔性管的管徑為6"，設(shè)計(jì)壓力25 Mpa，結(jié)合其經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，選取柔性管結(jié)構(gòu)形式為NKT公司普通粗糙型柔性管。
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