填充对钢管脐带缆截面力学性能影响分析

摘要： 基于平面应变模型，建立无填充、部分填充和密实填充等3种情况下的钢管脐带缆截面有限元模型.考虑单元间的挤压接触和摩擦等非线性因素，给出径向载荷下脐带缆内核结构力学性能的数值模拟结果.通过对关键构件极值应力、构件间挤压力以及截面整体变形的分析比较，发现填充对脐带缆截面力学性能的影响显著.在进行脐带缆截面设计分析时，必须考虑填充对截面各单元的影响.

关键词： 脐带缆； 填充； 接触； 摩擦； 平面应变； 数值模拟

中图分类号： TE53；TB115.1文献标志码： B

引言

脐带缆是海洋水下油气开采不可或缺的关键装备之一，为水下生产系统提供电气、液压动力和化学药剂注入，同时为上部模块控制信号提供数据传输通道.典型钢管脐带缆结构见图1，主要由钢管单元、电缆单元、光缆单元、填充单元以及铠装钢丝等螺旋缠绕组装而成.自从1961年第一根脐带缆得到成功使用以来，应用于海洋水下油气开发的脐带缆已经发展约50年的历史，为水下开发和生产提供强有力的技术支持.随着海洋水下油气开发的不断深入，水下生产系统以其显著的技术优势和可观的经济效益等得到各大石油公司的广泛关注.目前，虽然脐带缆在国内已取得部分应用，但是产品一直依赖进口；脐带缆的设计、分析技术在国内仍处于初步探索研究阶段[13]，急需实现国产化以突破国外的技术封锁和生产制造的垄断.