不同本构模型限弯器非线性力学分析

作者：李博; 李文博; 郭江艳; 张玉

来源：石油机械, 2019, 47(07): 48-53.

DOI：10.16082/j.cnki.issn.1001-4578.2019.07.008

• 限弯器
• 聚氨酯
• 超弹性
• 本构模型
• 温度
• 柔性管缆
• 弯曲半径

在外载荷作用下管缆会发生大变形,且管缆与限弯器间出现接触非线性,难以建立管缆与限弯器耦合理论模型进行求解。为此,考虑聚氨酯材料超弹性特性,采用ABAQUS有限元软件研究不同本构模型与不同温度下限弯器对柔性管缆曲率半径的影响。研究结果表明:安装限弯器时管缆最小曲率半径为4. 90～6. 00 m,符合安全工作要求;采用Ogden本构模型管缆最大应变为0. 011,与其他本构模型有较大差异,因此采用Ogden本构模型获得数据较为保守;限弯器数量对管缆最小曲率半径有影响,当限弯器由4个增至10个时,管缆最小弯曲半径从4. 61 m增加到4. 87 m,且增加趋势逐渐减缓;聚氨酯的力学性能随温度的变化而变化,分别选取3种温度(0、10和20℃)进行计算,管缆最小曲率半径分别为5. 40、5. 25和5. 00 m;随着温度升高,聚氨酯材料塑性增强,使得限弯器作用逐渐减小,管道曲率半径也随之减小,因此安装限弯器时一定要考虑环境温度,采取相应隔热措施,这样有助于增强限弯效果。研究结果可为水下限弯器的设计提供理论依据。

• 单位
  中海油研究总院有限责任公司; 中国石油大学（北京）