深水复合柔性管道是是深水油气资源与矿藏开发过程中的重要装备,目前在深海开发中广泛应用,但许多关键制造技术被国外厂家垄断。内衬层是深水柔性管道关键部件之一,作用是密封输送通道中的油气介质。随着海底油气田的深度加大,油气介质温度升高,H₂S和CO₂含量增加,普通材料对极端运输介质的密封性大大降低。PVDF材料具有良好的耐高温、耐腐蚀、耐氧化性,对油气介质有很好的阻隔性和耐渗透性,是深海柔性管道内衬层的理想材料。然而,PVDF材料成型困难,易出现壁厚不均匀的现象。因此,本文针对深海柔性管道PVDF内衬层挤塑成型困难的问题,采用数值模拟的方法,建立PVDF材料挤塑成型有限元计算模型,模拟分析PVDF挤塑成型过程,分析挤塑成型工艺参数对PVDF内衬层壁厚均匀性等问题的影响规律。主要研究内容与结论如下:(1)为了实验验证数值模型的有效性,依据现有的熔体流动理论,推导了熔体在带锥度的环形流道中的流动规律。按照一定比例设计了挤塑成型模具,实验设备的要求确定了最终流道尺寸参数,确定了合适的模具材料,最终完成制造。(2)PVDF在高温状态下会产生腐蚀性气体,会腐蚀设备对人体造成伤害,对设备和实验环境要求较高,难以直接采用PVDF实验验证数值模型的有效性。因此,以HDPE内衬层挤塑成型为算例,采用实验验证有限元计算模型的有效性,再将该模型应用于PVDF内衬层挤塑成型过程的模拟分析。实验结果表明:模拟结果与实验结果变化趋势一致,验证了该数值模拟方法的有效性。实验研究了PVDF的流变特性,拟合了PVDF的流变本构模型,将该材料模型用于PVDF的挤塑数值模拟。(3)研究了PVDF材料在重力场作用下的壁厚均匀性与熔体形貌受挤塑工艺的影响规律。模拟分析了温度与螺杆转速对流道内部熔体压力、自由段熔体形貌与牵引端熔体壁厚均匀性的影响情况,分析了牵引速度对自由段熔体形貌与牵引端熔体壁厚均匀性的影响情况。最后建立了PVDF内衬层管的冷却数值模型,初步分析了冷却工艺参数对冷却变形的影响,为生产实践提供了理论借鉴。