深海油气管道连接器的结构参数直接影响其密封性能,因而对连接器进行密封机理分析与结构参数优化研究具有重要的意义.为此,首先分析了金属接触静密封的形成机理,建立了连接器形成可靠密封的临界条件;基于接触力学推导出临界弹塑性接触压力均值的计算公式,并计算出219 mm连接器的临界值为370 MPa;应用ANSYS参数化设计语言(ANSYS Parametric Design Language,APDL),对连接器的结构参数进行了灵敏度分析,确定了影响密封性能的5个关键结构参数.进而以主、次密封面上的接触压力方差为2个目标,以主、次密封面上的接触压力均值和最大塑性应变为约束变量,运用多目标遗传算法(Multi-Objective Genetic Algorithm,MOGA)对连接器进行了优化设计,结果表明:接触压力方差显著减小,接触压力均值大于370 MPa,塑性应变较小.最后对优化前后的深海管道连接器进行了水压和拉伸试验,结果表明:优化之后的连接器承受水压能力大于设计极限压力18 MPa,承受轴向拉力大于7.0×105 N.该方法对于其他尺寸深海管道连接器的设计具有参考价值.
深海油气管道 连接器 密封机理 临界条件 接触压力 方差灵敏度 多目标优化设计 极限水压