Numerical Investigation of the Parametric Effect on the Strength of Filament-Wound Riser under Combined Loads

纤维缠绕 复合数 材料科学 蛋白质丝 结构工程 参数统计 直径比 纤维 弹性(物理) 表面积体积比 复合材料 机械 数学 物理 工程类 热力学 统计
作者
Shuang Ye,Chunjin Li,Zan Liu,Chao Kang,Honggen Zhou,Jinfeng Liu
出处
期刊:Mechanics of Solids [Pleiades Publishing]
卷期号:57 (5): 1249-1264 被引量:2
标识
DOI:10.3103/s0025654422050259
摘要

Composite risers with high-performances are in demand for offshore oil and gas exploration in the deep sea. The performances of the composite riser are closely related to the design parameters. This paper focuses on the multi-parameter analysis on the strength ratio of filament-wound risers under combined loading. Based on elasticity theory and Tsai-Wu failure criterion, a strength model of the filament-wound riser is firstly established under combined internal and axial pressure. Then, the filament-wound risers with two winding patterns are discussed to reveal the contribution of five variables on strength ratio, including winding angle, the number of plies, metal liner, fiber volume content, and the load ratio. Finally, the optimal parameters are designed based on the PSO-GWO method. The numerical results show that the number of winding layers, liner and winding angle have a greater influence on strength of composite risers, while the influence of load ratio is smaller. The strength ratio firstly increases, and then decreases with the rise of fiber volume content. It is also found the better range for higher strength of composite riser is 0.4 < Vf < 0.6. Besides, it was found that the strength of composite riser with [–45°/± $$\theta _{1}^{^\circ }$$ /± $$\theta _{2}^{^\circ }$$ /± $$\theta _{3}^{^\circ }$$ /45°] is greater than that of composite riser with [–45°/ $$\theta _{1}^{^\circ }$$ /– $$\theta _{2}^{^\circ }$$ /( $$\theta _{3}^{^\circ }$$ /– $$\theta _{4}^{^\circ }$$ )2/45°].
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