隔水管挠性接头弹性体刚度特性分析.pdf

石油机械
2014年第42卷第8期
CHINA PETROLEUM MACHINERY
海洋石油装备
隔水管挠性接头弹性体刚度特性分析
齐美胜温纪宏2陈国明畅元江2
(1.中海油田服务股份有限公司2.中国石油大学(华东)海洋油气装各与安全技术研究中心)
摘要:以隔水管下部尧性接头为研究对象,利用有元分析软件 ABAQUS建立其有限元分析
模型,分别对挠性接头弹性体在不同橡胶材料、不同作用力和不同橡胶钢板组合下的轴向刚度与
旋转刚度进行了分析。分析结果表明,挠性接头弹性体轴向刚度关于应カ呈现非线性变化;弹性
体刚度随着钢板与櫲胶层数增多或櫲胶硬度的增加而变大,膻着施加轴向力的增加,弹性体轴向
刚度降低;弹性体旋转度是一随角度呈非线性的变化量,随着弯矩的增大,弹性体平均旋转刚
度减小。该分析结果可以为隔水管挠性接头弹性体的优化设计提供参考。
关键词:挠性接头;隔水管;弹性体;刚度;有限元分析
中图分类号:TE951文献标识码:Adoi:10.3969/j.isn.1001-4578.2014.08.017
Stiffness Analysis of Marine Riser Flexible Joint Elastomer
Qi Meisheng Wen Jihong"Chen Guoming Chang Yuanjiang
(1. China il feld eces Limited; Centre for fr Engneering an aety echo, China Uniersity of Petroleum
Qingdao)
Abstract: The finite element analysis model of flexible joint at lower part of the marine riser is established by
ABAQUS software. The axial stiffness and rotational stiffness of the flexible joint elastomer are analyzed depending
on rubber materials, forces and combinations of rubber and steel plate. The results show that the effect of stress on
axial stiffness of flexible elastomer joints is nonlinear. The elastic stiffness increases with the increment of number of
rubber and steel layers or rubber hardness. With the increase of applied axial force, the axial sliffness of the elasto-
mer decreases. The rotational stiffness of the elastomer varies non-linearly with the variation of angle. As the bending
moment increases, the average rotational stiffness of the elastomer decreases. The analysis results could provide ref-
erences to the design optimization of marine riser flexible joint elastomer
Key words: flexible joint; marine riser; elastomer; stiffness; finite element analysis
目前国外学者对隔水管挠性接头弹性体有一定
引言
的研究。K.C. Hannus3通过非线性分析,描述了
在张紧力与弯出载荷合力作用下挠性接头弹性体应
隔水管挠性接头是隔水管系统中最重要的部件力分布,并利用全尺寸试验通过应变测试仪获取边
之ー,其作用主要是在防喷器与隔水管之间提供一界应变对非线性分析结果进行了验证。文献「[4
定的角位移,保证井口和防喷器组的稳定性-?。采用断裂力学理论结合内在材料疲劳标准与合理的
作为隔水管挠性接头的关键部件,弹性体一般为橡失效判据,确定了一种偏保守的分析挠性接头挠性
胶与钢板层叠结构,除应用于钴井隔水管挠性体疲劳寿命方法。隔水管挠性接头弹性体的应力与
接头外,还广泛应用于诸如直升机、转系轴承等设应变关系并不是弹性模量,而是由形状系数确定
备中4
显然,形状系数相当复杂,同时,由于挠性接头弹
*基金项目:国家科技重大专项“深水钻井隔水管作业管理及安全评价技术研究”(20117X05026-001-(05