柔性管道骨架層壓潰失效機理和安全評價方法研究進展

陳嚴飛，劉 昊，孫偉棟，董紹華，覃雯琪，高莫狄，馬 尚

(1. 中國石油大學(北京) 油氣管道輸送安全國家工程實驗室，北京 102200； 2. 大連理工大學 工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國家重點實驗室，遼寧 大連 116024； 3. 中集海洋工程有限公司，廣東 深圳 518000)

全球海洋油氣資源十分豐富，目前世界海洋油氣探明可采儲量為13 215億桶(約1 802.53×108t)油當量，占全球含油氣盆地總儲量的三分之一以上[1]。隨著海洋油氣不斷地開發(fā)，逐漸由淺水區(qū)開發(fā)至深水區(qū)，全球深水區(qū)最終潛在石油儲量高達1 000億桶，深水是世界油氣的重要接替區(qū)[2]。但是深水區(qū)油氣勘探與開發(fā)受到惡劣環(huán)境、高風險和高技術(shù)的限制[3]。非黏結(jié)柔性管道由于耐腐蝕性、易鋪設和良好的柔性使其適用于深水油氣開發(fā)[4]。

深水非黏結(jié)柔性管道是由金屬層和聚合物層復合而成，不需要化學物質(zhì)進行黏結(jié)，層與層之間允許相對滑動，而且用戶可以根據(jù)自己的實際需要在設計時適當增加或者減少層數(shù)，比如保溫層。由于各層之間允許存在相對位移，管道的抗彎曲能力也隨之得到提高，因此，非黏結(jié)柔性管道能更好地適應海洋中復雜環(huán)境，典型的非黏結(jié)柔性管道結(jié)構(gòu)如圖1所示[5-6]。

圖1 典型非黏結(jié)柔性管道結(jié)構(gòu)示意Fig. 1 Illustration of un-bonded flexible pipe

由內(nèi)層到外層依次為骨架層、內(nèi)襯層、抗壓鎧裝層、耐磨層、抗拉鎧裝層、耐磨層、抗拉鎧裝層、耐磨層、中間包覆層、保溫層、外包覆層。其中骨架層的主要功能是抵抗外壓荷載，提供足夠的徑向剛度來支撐內(nèi)襯層，防止軟管承受外壓時發(fā)生壓潰失效，主要是由性能比較優(yōu)越的不銹鋼材料構(gòu)成，如奧氏不銹鋼(AISl304、304L、316、316L)，或者材料性能更優(yōu)的雙相不銹鋼[7]，大部分形式是通過互鎖結(jié)構(gòu)纏繞而成，通常截面形式為S形。

由于深海環(huán)境的惡劣和復雜性，非黏結(jié)柔性管道常發(fā)生壓潰、破裂、拉伸斷裂、壓縮斷裂、過度彎曲、扭轉(zhuǎn)斷裂、疲勞、磨損和腐蝕9種失效模式[5]。挪威石油安全局公布的近年來柔性管道失效事故統(tǒng)計見圖2，可以看出骨架層壓潰失效是柔性管道失效的主要因素之一，而且一旦發(fā)生壓潰失效則會導致嚴重的后果，所以骨架層壓潰失效的相關(guān)研究至關(guān)重要。

圖2 柔性管道失效事件總結(jié)Fig. 2 Summary of flexible pipes failure events

非黏結(jié)柔性管道主要工作水深處于1 000～1 500 m的范圍內(nèi)[8]，隨著深水和超深水油氣田的開發(fā)，未來柔性管道的工作水深會越來越深，巨大的靜水壓力將會給骨架層結(jié)構(gòu)設計和安全評價提出嚴峻挑戰(zhàn)。

針對非黏結(jié)柔性管道骨架層失效機理和安全評價方法進行了綜述，首先從壓潰失效機理入手，然后針對目前存在的非黏結(jié)柔性管道壓潰壓力預測方法進行總結(jié)，對比各個方法的優(yōu)缺點，指出目前骨架層壓潰失效分析薄弱的地方，為深水非黏結(jié)柔性管道骨架層結(jié)構(gòu)設計和安全評價提供一定的參考。

1 骨架層失效機理

1.1 骨架層壓潰失效

骨架層主要由不銹鋼組成，骨架層壓潰失效的主要失效機制是骨架層和壓力護套之間層間壓力或靜水壓力超過骨架層的極限承載力。

柔性管道壓潰失效機理主要包括：

1) 軟管環(huán)空內(nèi)高壓導致的壓潰：經(jīng)常由于外護套穿孔與骨架層抗壓潰能力降低結(jié)合導致。

2) 高降壓速率(最可能的原因)：主要與壓力護套的數(shù)量有關(guān)，其壓潰失效機理示意見圖3，單層壓力護套：只要在操作極限和允許的降壓速率范圍內(nèi)操作就可以安全運行。雙層壓力護套：骨架層和第二層壓力護套都與管道末端相連，第一層壓力護套放置在骨架層和第二層壓力護套之間，而它未與管道末端相連。因此，在柔性管道的運行過程中，隨著時間輸送流體將通過管道接頭進入第一層和第二層壓力護套之間的間隙，間隙中的壓力與管內(nèi)壓力大致相同，此時需要緩慢地降壓來避免壓力護套之間產(chǎn)生較大壓差。由于管道接頭處通道很小，因此管內(nèi)的一個快速降壓將會導致骨架層坍塌。三層壓力護套：管壁結(jié)構(gòu)與兩層結(jié)構(gòu)類似，第三層壓力護套在第二層壓力護套外部，這一層護套與管道末端相連。對于一個在運行中的立管，氣體可能滲透并積聚在第二層和第三層護套之間的間隙中，這將會導致在此間隙內(nèi)壓力上升。對于一個在壓力為20 MPa下工作的管道，據(jù)估計在泄壓后，第二層和第三層壓力護套之間的間隙將會產(chǎn)生超過10 MPa的壓力，需要通過緩慢的擴散過程和緩慢的降壓來限制壓力護套之間的壓差。反之，管內(nèi)的一個快速降壓將導致骨架層壓潰。

圖3 骨架層壓潰機理Fig. 3 Carcass collapse mechanism for single layer, two-layer and three-layer pressure sheaths

3) 壓力護套內(nèi)溶解氣體的釋放：這種失效機理適用于在高壓條件下運行的具有多層壓力護套的柔性管道。在聚合物中的溶解氣體釋放后進入第二和第三聚合物層將會導致壓力上升，在管內(nèi)降壓后，最終導致骨架層和兩層內(nèi)襯層坍塌。

4) 管道彎曲：在柔性管道發(fā)生彎曲時，骨架層抗壓潰能力降低，降低的程度與彎曲半徑相關(guān)。柔性管道特殊的互鎖纏繞結(jié)構(gòu)使其存在最小彎曲半徑，當柔性管道出現(xiàn)接近最小彎曲半徑的明顯彎曲時，此時骨架層的抗壓潰能力可能不足以抵抗靜水壓力而發(fā)生壓潰失效。

5) 管壁上的水合物融化：水合物形成的成分可以通過內(nèi)襯層擴散，在停輸時，在一定條件下(高壓和低溫)水合物可能在間隙之間形成。之后，由于加熱(例如：在石油生產(chǎn)中通過油流循環(huán)啟動)導致水合物融化和氣體釋放，引發(fā)壓力上升而導致骨架層坍塌。

柔性管道將廣泛應用于深水和超深水油氣田開發(fā)中，骨架層作為主要承受靜水壓力的功能層，可靠又準確地預測骨架層壓潰壓力的方法至關(guān)重要，其壓潰失效機理分析和壓潰壓力計算方法的確定一直是研究熱點問題。

1.2 柔性管道骨架層沖蝕失效

由于現(xiàn)有防砂技術(shù)水平的限制，輸送油氣介質(zhì)中會含有低濃度、小尺寸的砂礫，即使防砂效率可以達到100%，有些油田為了提高采收率也會允許適度出砂[9]。骨架層作為柔性管道的最內(nèi)層結(jié)構(gòu)，與軟管內(nèi)部輸送介質(zhì)直接接觸，由于骨架層內(nèi)部表面存在間隙，導致工作狀態(tài)下高速運動的輸送介質(zhì)對骨架層鋼帶可能產(chǎn)生侵蝕影響[10]，目前針對侵蝕對骨架層壓潰壓力和壓潰失效機理影響的研究還很少。

DNVGL-RP-O501 2015[11]中提出了計算砂粒侵蝕磨損的控制方程，可用于管道侵蝕程度的預測。

E=mp·K·Upn·F(α)

(1)

其中，mp為砂礫的質(zhì)量流量，K和n是與管道材料有關(guān)的參數(shù)，Up是砂礫的沖擊速度，F(xiàn)(α)是描述侵蝕對顆粒沖擊角依賴關(guān)系的函數(shù)。

Helgaker和IJzermans等[12]在2017年進行了柔性管道侵蝕過程試驗研究，試驗測試在大氣條件下進行，砂粒速度從30 m/s到47 m/s(雷諾數(shù)范圍為65萬到100萬)，共研究了四種不同類型的顆粒:包括150、250和550 nm的硅砂顆粒和780 nm的支撐劑顆粒，而且對不同速度下的所有粒徑進行了測試，總共調(diào)查了14種不同的情況，每個測試還重復三次，以確保一致性和重復性。侵蝕的試驗結(jié)果主要通過減重測量和顯微鏡分析兩種方法，結(jié)果表明侵蝕沿骨架層鋼帶的分布是不均勻的，每條鋼帶的最大侵蝕發(fā)生在前緣，實測侵蝕面積比采用行業(yè)標準侵蝕預測方法結(jié)果大30%～40%，說明采用行業(yè)標準對骨架層侵蝕預測的安全性還值得商榷，針對骨架層侵蝕的研究還需完善。

骨架層發(fā)生侵蝕后導致骨架層鋼帶變薄，骨架層鋼帶厚度直接與骨架層壓潰壓力有關(guān)，而且骨架層出現(xiàn)侵蝕的位置在受到外部載荷的作用時可能出現(xiàn)集中，導致管道發(fā)生壓潰失效，目前國內(nèi)外學者針對含侵蝕柔性管道骨架層壓潰失效機理研究非常少。

1.3 柔性管道骨架層拉伸失效

軸向載荷的存在會使骨架層之間拉緊，影響骨架層的螺距，而且對于柔性管道的柔性和壓潰壓力都有影響，目前針對外壓和軸向載荷共同作用下的壓潰失效機理研究還比較薄弱。

Farnes等[13]于2013年首次提出了非黏結(jié)柔性管道軸向撕裂的失效模式，作者通過在拉伸試驗機上將短的骨架層試樣焊接到胎體兩端的端環(huán)上固定，測試了多種骨架層尺寸的軸向承載力，記錄荷載位移曲線，確定最大承載力，從而為骨架層軸向失效提供指導。

Skeie等[14]于2014年為了評估骨架層軸向承載力對部分回收的柔性管道進行了試驗，試驗結(jié)果不僅為通過螺距測量評估軸向載荷奠定了基礎，還有助于驗證有限元模擬結(jié)果，試驗對象主要選取了內(nèi)徑15.24、20.32和22.86 cm的骨架層進行試驗研究，接下來分別利用Marc和Abaqus有限元進行建模研究，與試驗結(jié)果進行了對比，結(jié)果吻合較好。

Kristensen等[15]通過建立有限元模型和中尺寸試驗研究的方法重點研究了由于內(nèi)襯層溫降導致施加在骨架層上的軸向載荷，認為骨架層軸向載荷的來源主要有四個：1) 骨架層和內(nèi)襯層的自重；2) 外壓作用下產(chǎn)生的軸向應力；3) 內(nèi)襯層冷卻引起的熱收縮；4) 內(nèi)襯層的殘余應力以及體積損失帶來的軸向載荷。試驗結(jié)果表明盡管測試管長僅為570 mm，但是當內(nèi)襯層溫度從80°C降至20°C時，在骨架層上就可以產(chǎn)生15 kN的軸向載荷。Kristensen等[16]進行了軸向載荷全尺寸試驗驗證，用于測試的柔性管道是一根內(nèi)徑為15.24 cm、全長830 m的管道，結(jié)合相應條件下的有限元模擬結(jié)果，內(nèi)襯層從78°C冷卻到11°C，然后外壓從0加壓到500 barg，全尺寸試驗和有限元模擬結(jié)果均顯示骨架層軸向載荷增加了40 kN，其中冷卻過程產(chǎn)生了16～17 kN，加壓過程產(chǎn)生了23～24 kN。該文還發(fā)現(xiàn)影響骨架層軸向載荷(與冷卻相關(guān))的主要因素包括：1) 聚合物層的楊氏模量、泊松比、熱膨脹系數(shù)；2) 聚合物層的截面面積；3) 柔性管道層與層之間的接觸壓力和摩擦力。

柔性管道在運行中承受的軸向載荷正常情況小于軸向極限承載力，從而不會出現(xiàn)軸向拉伸失效，但是軸向載荷的存在會影響骨架層壓潰壓力，由于骨架層特殊的互鎖纏繞結(jié)構(gòu)，當其承受軸向載荷時骨架層部件之間拉緊導致螺距變大，降低骨架層壓潰壓力，增大了骨架層出現(xiàn)壓潰失效的可能，目前針對復雜載荷共同作用下柔性管道骨架層壓潰失效相關(guān)研究還非常少。

1.4 柔性管道過度彎曲失效

58%的軟管作為立管應用在海洋油氣開發(fā)中，受到海水流動的影響，柔性管道在工作時會通過變形來更好的適應海洋中的復雜載荷，這樣立管在與海床的接觸部位會有一定的曲率，即為觸地區(qū)[17]，觸地區(qū)彎曲半徑最小，而且在觸地區(qū)柔性管道承受靜水壓力最大，所以觸地區(qū)位置給骨架層提出了巨大挑戰(zhàn)，因此骨架層壓潰壓力預測時不僅要考慮骨架層正常情況下的極限承載力，也應該考慮軟管實際工作狀態(tài)下骨架層的極限承載力。

Loureiro和Pasqualino[18]在2012年建立了考慮曲率作用對柔性管道壓潰壓力影響的解析和數(shù)值模型，解析方法和數(shù)值模擬都表明彎曲后的骨架層承壓能力有明顯的下降。

Neto[19]等在2012年建立了包含骨架層、內(nèi)襯層、抗壓鎧裝層和外包覆層四層模型，模型先施加彎曲曲率載荷，再施加外壓載荷來研究其壓潰行為，在外壓施加過程可以直觀的看到柔性管道曲率的變化，結(jié)果表明曲率具有降低骨架層壓潰壓力的作用。Axelsson和Skjerve[20]在2014年針對20.32 cm的骨架層進行彎曲曲率對壓潰壓力的影響研究，有限元結(jié)果發(fā)現(xiàn)彎曲骨架層壓潰壓力比直管狀態(tài)下下降超過了30%。王建[21]2018年考慮曲率半徑為3 m的骨架層，通過理論計算和有限元模擬的方法，發(fā)現(xiàn)其壓潰壓力與直管道相比下降嚴重。

當骨架層發(fā)生彎曲時，彎曲外側(cè)受到張力，螺距變大，骨架層內(nèi)層受到壓縮，螺距變小，這將導致其壓潰壓力降低，但是目前關(guān)于含曲率骨架層壓潰失效機理和壓潰壓力預測的研究還比較少。

2 柔性管道骨架層安全評價方法

2.1 試驗評價方法

大口徑厚壁管線在海上油氣勘探中的應用日益廣泛，這就帶來了一個技術(shù)瓶頸，為了評估此類管道中的壓潰壓力，要求進行水壓試驗。通過試驗測得深水環(huán)境中柔性管道的壓潰壓力通常要在專門的高壓層艙進行，不僅這種實驗室的數(shù)量少[22]，而且柔性管道的制造成本和運輸成本也比較高，這都限制的骨架層壓潰試驗的發(fā)展。

Souza[23]于2002年為了闡明管體在徑向壓縮和外部壓力作用下直至坍塌的結(jié)構(gòu)行為，分別用內(nèi)徑10.16和20.32 cm的柔性管道進行試驗測試，管道結(jié)構(gòu)分別為全部層和只包含骨架層，試驗管長為400 mm，通過試驗裝置加壓直至管道壓潰失效，得到的結(jié)果可以用于驗證數(shù)值模擬結(jié)果。

Paumier等[24]2009年通過對所有可能的管道結(jié)構(gòu)進行200多次試驗驗證模型，計算出了柔性管道的壓潰壓力，該研究提出了兩種壓潰方式，第一種為橢圓型失效模式，第二種為心型失效模式，作者還進行了含有曲率柔性管道的壓潰失效試驗，發(fā)現(xiàn)高度彎曲的柔性管道，曲率對壓潰壓力影響很大。Clevelario等[25]2010年進行相同的研究，發(fā)現(xiàn)彎曲軟管的壓潰壓力與豎直軟管的壓潰壓力相比降低了10%以上。Malta等[26]2012年也進行了軟管壓潰模態(tài)形狀的研究，提出考慮包含骨架層、內(nèi)襯層和抗壓鎧裝層三層結(jié)構(gòu)軟管在壓潰時出現(xiàn)“8”和“心”形壓潰模式。

趙冠男[27]2013年也進行了骨架層壓潰失效的試驗，選用內(nèi)徑為20.32 cm的17個螺旋長度的骨架層，進行了8組試驗，通過輸出的力和位移曲線來擬合剛度值，從而得到壓潰壓力。Tang等[28]2016年為了驗證基于應變能等效的方法的準確性也進行了骨架層壓潰試驗。

試驗評價方法是測試柔性管道骨架層壓潰壓力可靠的預測方法，但是需要大量的精力和成本，而且隨著海洋油氣開發(fā)走向深水，用于測試骨架層壓潰壓力的高壓艙也經(jīng)常成為試驗進行的限制，目前試驗評價方法多用于數(shù)值模擬評價方法的校準工作。

2.2 理論解析評價方法

雖然試驗預測軟管壓潰壓力可以為工程師提供對管道抗壓潰性能的物理直觀觀察，但與試驗相關(guān)的成本相對較高，而且試驗條件苛刻，阻礙了其在實際中的廣泛應用，目前文獻中的試驗數(shù)據(jù)還非常有限，后來學者應用解析方法來預測軟管的壓潰壓力，解析方法的中心思想就是把復雜截面的骨架層通過等效的方法等效為一個等壁厚的圓環(huán)，如圖4所示，從而通過公式求得軟管骨架層的壓潰壓力。

圖4 骨架層截面等效示意Fig. 4 Equivalent cross-section of carcass layer S carcass profile and equivalent cross-section

Zhang等[29]2003年通過截面積等效的方法將復雜截面的骨架層等效為一個均勻厚度的鋼環(huán)，計算出等效厚度從而預測骨架層的壓潰壓力。但是由于此方法僅把截面面積作為唯一的考慮因素，沒有考慮骨架層纏繞互鎖結(jié)構(gòu)對壓潰壓力的影響，其預測結(jié)果精度不高，結(jié)果一般高于實際的壓潰壓力。

De Sousa等[30]2001年通過骨架層截面彎曲剛度等效得到骨架層的等效厚度。Martins等[31]2003年通過骨架層單位軸向長度彎曲剛度等效的方法將骨架層等效為薄壁圓環(huán)，Neto和Martins[32]后面對預測模型進行了優(yōu)化，在剛度計算時引入了一個修正系數(shù)，考慮了骨架層間的疊加系數(shù)，提高了預測結(jié)果的精度。由于環(huán)形結(jié)構(gòu)的壓潰一般以彎曲為主，所以彎曲剛度等效的方法有一定的實用性，然而彎曲剛度等效時并未考慮到材料的彈塑性和骨架層之間的接觸問題。

目前沒有有效的方法計算骨架層結(jié)構(gòu)的實際彎曲剛度。由于應變能吸收直接受結(jié)構(gòu)彎曲剛度的影響，所以Tang等[28]2016年基于應變能等效的方法得到相應薄環(huán)的等效厚度，在該方法中，需要通過數(shù)值模擬的方法得到骨架層結(jié)構(gòu)的應變能，Tang等還通過相應試驗驗證了該方法的準確性，但是由于其使用狄利克雷邊界條件，降低了吸收的應變能，導致結(jié)果低于相應骨架層壓潰壓力。Li等[33]2018年在Tang等人的基礎上提出了一個有限元模擬模型，用于模擬計算骨架層應變能，構(gòu)建了等效模型層，從而預測骨架層壓潰壓力，并通過相關(guān)案例研究進行了驗證，發(fā)現(xiàn)誤差僅為6.5%，證明了應變能等效方法是預測骨架層壓潰壓力可靠、有效的工具。

針對不同理論解析方法各自的特點進行了概述，表1總結(jié)了常用的骨架層等效方法是否考慮了相關(guān)參數(shù)和是否需要有限元模型[17]。為了解現(xiàn)有骨架層等效方法的可靠性，Edmans[34]和Tang[28]對采用不同等效層方法的預測精度進行了調(diào)查，結(jié)果表明，不同等效方法的預測結(jié)果存在較大差異，表明這些方法還需要進一步發(fā)展。

表1 理論解析方法總結(jié)

2.3 數(shù)值模擬評價方法

由于骨架層內(nèi)相鄰表面在受到外力作用下會出現(xiàn)相對滑動，而解析方法無法考慮相對滑動對壓潰壓力的影響，同時也無法考慮相鄰表面之間的摩擦，所以很多學者將有限元的方法引入到骨架層壓潰壓力的預測中，并證明了其有效性。

Neto和Martins[32]建立了考慮骨架層鋪設角度的三維實際模型和不考慮骨架層鋪設角度的模型，兩個模型均考慮了骨架層復雜的幾何截面，模型長度為兩倍的骨架層螺距，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鋪設角度對壓潰壓力的影響可以忽略，為以后的建模提供了簡化依據(jù)。湯明剛[35]2013年利用有限元軟件建立了骨架層1/4模型，模型長度為兩倍的骨架層螺距，模型考慮了材料的彈塑性和結(jié)構(gòu)的初始橢圓度，預測了均勻外壓下骨架層的壓潰壓力。李偉民[36]2017年利用有限元軟件，建立了骨架層1/2模型，在上下兩個鋼性板的壓力下，模擬不同接觸方式的設置對骨架層徑向位移的影響，研究發(fā)現(xiàn)摩擦系數(shù)大小對徑向位移值變化影響不大。Cuamatzi-Melendez等[37]2017年分別建立了骨架層三維有限元模型和包含骨架層、內(nèi)襯層和抗壓鎧裝層的三維有限元模型，模型內(nèi)徑為5.08 cm，模型長度為30倍的骨架層螺距，利用有限元軟件的動力顯示分析算法考慮了結(jié)構(gòu)非線性進行壓潰壓力的預測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)抗壓鎧裝層的存在導致骨架層發(fā)生“8”形壓潰模式而且在一定程度上提高壓潰壓力。

三維數(shù)值方法可以計入材料非線性、層間接觸摩擦、初始制造缺陷等因素的影響，在模擬過程中可以更好地反映壓潰失效發(fā)生前后骨架層的結(jié)構(gòu)響應，是骨架層安全評價有效手段，目前數(shù)值模擬方法預測柔性管道壓潰壓力大多建立骨架層單層有限元模型，部分學者建立包含內(nèi)襯層和抗壓鎧裝層的三層有限元模型，結(jié)論僅表明了抗壓鎧裝層的存在可以提高骨架層的壓潰壓力，但是不同尺寸抗壓鎧裝層對壓潰壓力的影響規(guī)律還沒有得到很好的研究，而且數(shù)值模擬方法在使用過程中可能存在模擬時間過長和收斂性問題，未來數(shù)值模擬方法中精度和效率問題是研究的重點。

3 結(jié) 語

隨著預測壓潰壓力的方法不斷地完善，學者對于預測結(jié)果精確度的要求越來越高，一些影響壓潰壓力的因素不斷地被考慮到預測模型中，目前還有一部分影響壓潰壓力的因素沒有得到很好的解決，主要有骨架層“S”截面在工廠成型時存在的殘余應力、柔性管道在工作時曲率的影響和骨架層出現(xiàn)侵蝕后對壓潰壓力的影響，最近還有學者發(fā)現(xiàn)骨架層在安裝和運行過程中會承受較大的軸向載荷，軸向載荷的存在會影響骨架層壓潰失效模式，較大的軸向載荷會導致骨架層發(fā)生軸向過載失效。

骨架層作為柔性管道重要的結(jié)構(gòu)層，一旦發(fā)生壓潰失效，將對整個柔性管道的安全運行造成影響。研究骨架層壓潰失效機理和壓潰壓力預測方法對于非黏結(jié)柔性管道結(jié)構(gòu)設計有重要意義。作者對于國內(nèi)外學者關(guān)于骨架層壓潰壓力預測方法進行歸納總結(jié)，并針對骨架層壓潰壓力預測時存在薄弱的地方給出建議，希望可以為下一步的研究提供幫助：

1) 骨架層應用的冷成型鋼一般是由鋼板或鋼帶經(jīng)冷軋、模壓或彎折而成，加工成形的方式具有很大的靈活性，可以根據(jù)需要生產(chǎn)出任何復雜截面的型材，因此冷成型鋼作為一種經(jīng)濟高效的型材，在柔性管道骨架層的成型中得到了廣泛的應用。然而冷成型鋼的加工成形過程中會導致其內(nèi)部產(chǎn)生殘余應力[38]，由于冷成型殘余應力的存在，構(gòu)件在承受荷載后，殘余應力與荷載作用引起的應力進行疊加，使構(gòu)件中的某些部位提前達到材料的屈服極限產(chǎn)生塑性變形，從而降低了骨架層結(jié)構(gòu)的強度、剛度和穩(wěn)定性[39]。因為金屬材料的大變形(超過屈服極限)總是發(fā)生在柔性管道骨架層的冷成形過程中，目前學者針對殘余應力的考慮主要將測量得到的殘余應力作為一個影響臨界壓潰壓力的參數(shù)引入到分析模型中，但是目前在骨架層壓潰壓力預測時鮮有學者考慮殘余應力的影響。

2) 由于骨架層特殊的結(jié)構(gòu)，導致骨架層壓潰失效機理復雜，骨架層壓潰失效的發(fā)生一般是由于高靜水壓力和抗壓潰能力降低共同作用。

3) 單外壓作用下，骨架層壓潰壓力預測方法主要有試驗研究、解析方法和數(shù)值模擬。三種方法各有優(yōu)缺點，試驗研究結(jié)果可用于驗證其他兩種方法得到的結(jié)果，但是骨架層壓潰試驗研究要求苛刻，而且柔性管道造價很高，解析方法應用方便，但是無法考慮骨架層結(jié)構(gòu)之間的摩擦接觸對壓潰壓力的影響，存在一定的誤差，數(shù)值模擬可以真實的反應骨架層壓潰時的結(jié)構(gòu)響應，有助于更深刻的了解骨架層壓潰失效的發(fā)生過程，但是數(shù)值模擬存在計算時間較長和收斂性的問題。

4) 柔性管道實際工作環(huán)境中惡劣且復雜在骨架層壓潰壓力預測時，應考慮建立多載荷共同作用下壓潰壓力預測模型，考慮彎曲曲率、外壓和軸向載荷共同作用對骨架層壓潰壓力影響將是未來研究的重點。

5) 骨架層作為柔性管道的最內(nèi)層，直接與高速運動的輸送介質(zhì)接觸，骨架層隨著運行會出現(xiàn)侵蝕現(xiàn)象，侵蝕使得骨架層鋼帶變薄，直接影響壓潰壓力，未來應考慮進行含侵蝕骨架層壓潰失效機理研究。