C2模型比较分析

在C1模型的基础上，保持其几何参数和边界条件不变，额外施加7.5 MPa的内压，ABAQUS有限元计算出来的结果与简化理论所得结果对比如图6.33和图6.34所示，图中IP表示内压（internal pressure）。从这两幅图中可以看出，两套方法所得出的结果吻合较为一致，即便有一定波动，也在合理范围之内。说明该简化理论模型中所做的假设在该种载荷工况下仍然是合理的，即该力学模型在计算内压作用下SSRTP的拉伸刚度时仍然是可靠的。

图6.33　C2模型中管道拉力与拉伸位移关系曲线

图6.34　C2模型中内层PE管外侧径向位移与管道轴向拉力关系曲线

对比无内压情况下管道的轴向拉力与拉伸位移及内层PE管外侧的径向收缩关系，可以发现在相同拉力情况下，有内压作用的管道伸长位移更小，且管中内层PE的径向收缩位移也更小。这是由于在拉伸过程中管内压起到了抵抗管截面收缩的作用，导致管道的环向刚度增大，则钢带的径向位移较纯拉伸情况下时减小了，从图6.35可以更加清楚直观地看出该现象。因此在有内压的情况下，钢带沿带长方向的应变增加了，其拉伸刚度的贡献值也增大了，相应整个SSRTP的拉伸刚度也就增大了。图6.35也说明，内层PE外侧径向位移稍微减小就能大幅度提高整管的轴向拉伸刚度。因此在柔性复合管中，提高内层PE管的环向刚度就能够直接增大整管的拉伸刚度。

图6.35　拉伸位移与内层PE管外侧径向位移关系曲线(www.xing528.com)

图6.36　C2模型层间接触压力与拉伸载荷关系曲线

内层PE管外侧径向位移与其所受到的层间压力有直接关系，设内层PE和最内层钢带之间的层间接触压力为P1，图6.36为P1与轴向拉力的关系对比图。从该图可以看出，P1随着管道拉力的增加以近似抛物线的形式增加。这一方面是由于管道所受的内压随增量步逐步增加，另一方面是由于在拉伸过程中，钢带沿带长方向的应变增加，对应的环向应力也增加，则施加在内层PE管外侧的围压也增加了。

图6.37　钢带层沿带长方向应力与管轴向拉力关系曲线

由于ABAQUS中计算所得的钢带应力波动性较大，所以提取简化理论公式所得出的钢带各层应力做对比分析，如图6.37所示。从图中可以看出，在管道拉伸长度达到其无效阶段时，四层钢带中的最大应力值仅为272.17 MPa，该值远小于钢带材料的弹性比例极限，说明在该种情况下，把钢带看作纯弹性的假设仍然是合理的。