分析非粘结柔性管的算例优化

非粘结柔性管的设计思路可以概括如下：

（1）获得柔性管在安装或使用过程中可能受到的不同荷载条件及荷载大小。

（2）根据荷载条件和工程经验确定各层的几何结构和材料选择。

（3）确定设计柔性管在不同荷载条件下的极限强度，同时确定设计管道满足相关设计要求。

非粘结柔性管的设计流程如图16.1所示。

本节将以一个算例分析对非粘结柔性管的断面设计流程进行阐述。设计要求是基于客户要求，具体要求见表16.1。

图16.1　非粘结柔性管设计流程

表16.1　设计要求

根据设计要求，表16.2给出了所设计各层的几何尺寸，表16.3则根据相关文献［8］给出了所用的材料性质。

表16.2　设计柔性管尺寸

表16.3　设计柔性管材料属性

（续表）(www.xing528.com)

对于金属层的允许应力的取值可以参照API 17J，其中在极端运行情况下，对于骨架层的材料使用系数取为0.67，对于抗压铠装层和抗拉铠装层的使用系数取为0.85。对于聚合物层的容许应变则取为7.7%，见表16.4。

表16.4　设计柔性管容许应力与容许应变

注：σy表示屈服应力。

实际情况中，应事先定义不同的荷载情况，再根据不同的荷载选择不同的材料使用系数。对柔性管在运行情况下需要进行评估的荷载情况，以及在各荷载条件下的材料使用系数在API 17J中有详细规定。

轴对称荷载可以分为拉力、内压和外压。不同的荷载条件对于评估柔性管中各层所承受的最大应力或最大应变具有十分重要的作用。表16.5展示了该8英寸管在运行状况下可能遇到的各种荷载条件。

表16.5　荷载组合

通过第14章所提到的理论方法，分别计算在上述四种荷载条件下金属层的Mises应力和聚合物层的等效应变。这样可以得到在不同荷载条件下金属层可能产生的应力最大值和聚合物层可能产生的应变最大值，这些最大值将用于验证管道的设计。分析结果见表16.6，说明对于所要求的工作条件，所设计管道是合适的。

表16.6　各层最大应力/应变

注：σa和εa分别表示允许应力和允许应变。

各层的使用比例以σ/σa（ε/εa）表示，指的是各层强度的使用率。从表16.6可知，所有层的使用比率均小于1.0，说明设计管道能够满足要求，并能在设计条件下安全运行。压溃压力由第13章理论公式计算，压溃压力为7.8 MPa。