压力载荷下非粘结柔性立管应变影响因素分析（英文）

基于Abaqus/Explicit准静态和质量放大方法研究了一类典型非粘结柔性立管在压力载荷作用下应变响应特性,对影响立管整体轴向延伸率和绕轴向扭转角度的因素进行了分析。数值模型计入金属层实际截面形状、铺设角度以及几何、接触、材料非线性。计算结果表明:数值解与理论值吻合较好;立管端部边界条件对轴向延伸率影响不大但对绕轴向扭转角度影响较大;抗压铠装层为径向压力主要受力构件,其铺设角度虽然对压溃性能不大,但在应变分析中不可忽略;拉伸铠装层铺设角度对应变影响同样较大。文中数值方法可弥补理论方法限定在小位移、小变形范围,无法计入层间摩擦、材料非线性及初始制造椭圆率等缺陷。     

压力载荷下非粘结柔性立管应变影响因素分析

基于Abaqus/Explicit准静态和质量放大方法研究了一类典型非粘结柔性立管在压力载荷作用下应变响应特性,对影响立管整体轴向延伸率和绕轴向扭转角度的因素进行了分析。数值模型计入金属层实际截面形状、铺设角度以及几何、接触、材料非线性。计算结果表明：数值解与理论值吻合较好;立管端部边界条件对轴向延伸率影响不大但对绕轴向扭转角度影响较大;抗压铠装层为径向压力主要受力构件,其铺设角度虽然对压溃性能不大,但在应变分析中不可忽略;拉伸铠装层铺设角度对应变影响同样较大。文中数值方法可弥补理论方法限定在小位移、小变形范围,无法计入层间摩擦、材料非线性及初始制造椭圆率等缺陷。     

考虑间隙影响的海洋非粘结柔性管道内压失效预测分析研究

对于海洋油气开发工程中输送油气的非粘结柔性管道,其内部压力是管道失效的重要原因之一。对常用的非粘结柔性管道内压失效的理论预测模型进行了讨论,并与三维数值模型所得到的结果比较。为了考虑加工间隙的影响,提出了将弹性力学理论与"填充因子"等效方法相结合的柔性管道结构抗内压能力的分析方法。计算结果表明,柔性管道抗压层间的加工间隙会显著降低结构的抗压能力。理论分析与数值模拟结果吻合良好,在加工间隙不超过0.2 mm的情况下,相对偏差不超过3.38%。该理论预测方法对非粘结柔性管道结构的设计提供了有益的参考。     

脐带缆轻量化设计及其力学性能

脐带缆内部结构是由众多功能单元集成的复合结构,随着油气资源开发向深海推进,常用铠装钢丝脐带缆的有效抗拉能力急剧下降,有必要对其进行轻量化改进。因此,通过对碳纤维脐带缆的截面和芳纶增强脐带缆的增强层进行设计,从脐带缆的理论求解和数值仿真两方面分析碳纤维脐带缆和芳纶增强脐带缆相较于钢管脐带缆和铠装钢丝脐带缆的力学性能和轻量化程度。通过数值仿真分析缆长对3种脐带缆刚度的影响。研究发现,碳纤维脐带缆的轻量化程度最高,可达26.1%。     

动态缆铠装层断丝效应研究

铠装钢丝作为动态缆中提供结构保护的单元,易遭受局部载荷,产生局部破坏.对此,探究铠装层局部断裂对动态缆的影响,以评估动态缆在局部铠装钢丝断裂之后的可靠性.确定铠装钢丝断口在缆轴向的影响范围,以评估动态缆本体受影响的范围;确定铠装钢丝断口在缆周向的应力集中效应,以评估断丝周围铠装钢丝由于断丝的应力集中效应,进一步发生断裂的可能性.采用一种截面型式的动态缆,设置不同断丝数的铠装层断口,对断口在轴向的影响范围和周向的应力集中情况进行分析,以便通过试验探究断丝的影响效应.同时,结合钢绞线断丝影响的探究结果,对动态缆铠装层存在一根断丝时的恢复长度进行理论分析,得到断丝恢复长度为1.07倍节距长度.试验结果表明,在轴向上,钢丝断口的恢复长度在1～2个节距范围内;在周向上,每断1根钢丝,在周围钢丝上的应力放大系数不超过1.14.     

非粘接柔性管力学性能验证实验方法研究

非粘接柔性管是一种特殊的复合材料,由多种材料非粘接复合而成,相比粘接性柔性管,其可设计性、弯曲性、施工安装及回收利用有很好的优势。在海洋工程中,非粘接柔性管被大量的应用于海洋油气管道中。在风、浪、流等复杂的海况条件下,海洋油气管道的力学性能引起更多的关注。为了研究海洋油气管道的拉伸、弯曲以及压溃等力学性能,减少在海洋工程作业中的意外事故,需要对原型管子进行相应的验证试验。     

浅海双层铠装海底光缆破断拉力的计算

通过讨论浅海双层铠装海底光缆破断拉力的计算方法,比较破断拉力按照铠装钢丝计算及使用抗拉强度数学模型训计算两种方法,使用两种计算方法对浅海双层铠装海底光缆破断拉力进行了计算并分析了得出的结果.     

柔性管骨架层湿式压溃非线性数值模拟（英文）

压溃作为海洋柔性管道的一种典型失效形式,对其进行研究具有重要的工程价值。文章考虑了内护套层的影响,建立了包含内护套层的海洋柔性管道骨架层湿式压溃有限元模型,采用弧长法,分别考虑了初始椭圆度、接触非线性和材料非线性的参数影响,进行了骨架层非线性压溃力学性能的数值模拟,并与不含内护套层的单纯骨架层压溃模型进行了对比。研究结果表明,随着初始椭圆度的增加,临界压溃载荷会降低,呈现负相关关系;考虑接触非线性和材料非线性因素会对临界压溃载荷产生较大影响,具体表现为随着摩擦系数和材料屈服应力的增加,临界压溃载荷也会增加,呈现正相关关系;考虑内护套影响后,临界压溃载荷略有增加,说明内护套层在承担外压载荷时也起到了一定作用,但对于计算骨架层临界压溃载荷值影响不大。     

基于层合理论的海洋漂浮管帘线利用率分析研究

海洋漂浮柔性管道是连接生产平台和浮式储油轮之间的油气传输装备,它由钢丝、帘线编织层和橡胶等通过硫化工艺粘结而成,是典型的多层缠绕层合结构。论文针对帘线层加工工艺中存在的缺陷引入帘线利用率这一参数,基于层合理论推导截面各层的各向异性刚度矩阵,得到漂浮管道整体拉伸荷载与位移关系式。开展了漂浮管道拉伸试验,通过拉伸刚度试验和理论结果对比得到确定管道的帘线利用率为84.68%。进行了内压试验,并基于已得到的帘线利用率预测管道爆破压力。理论计算与试验结果两者之间的误差为3.57%。这表明引入帘线利用率参数能够很好地刻画管道加工工艺,为漂浮管的结构设计提供了有益的参考。     

考虑凹陷长度影响的深海管道压溃压力预测方法

凹陷是深海管道常见的缺陷形式，会使管道抵抗外压的能力大大降低，从而发生失效。目前针对含凹陷深海管道缺乏准确的评估方法。本文采用非线性有限元方法，分析了凹陷深度、凹陷长度、径厚比和椭圆度对深海管道压溃压力的影响规律，给出了考虑凹陷长度影响的深海管道压溃压力预测方法，为含凹陷深海管道的工程评估提供了参考依据。     

深海非粘结柔性立管简化模型数值分析及实验研究

非粘结柔性立管具有弯曲刚度小、质量轻、耐腐蚀以及抗疲劳等特点,适用于深海恶劣的海况。然而由于非粘结柔性立管层与层之间的摩擦、接触等诸多强非线性特性,使得其数值模拟分析面临众多挑战,很难同时保证分析模型的精度和效率。提出一个新的非粘结柔性立管简化模型,在考虑摩擦和接触等非线性特性,以及骨架层和抗压层的沿轴向的弹性模量的条件下,运用梁单元和壳单元简化了建模。实验研究的拉伸、扭转、弯曲刚度结果与新建简化模型计算结果的对比分析,验证了所建简化模型的可靠性。研究表明,新的简化模型不仅能节省计算时间,而且更加接近柔性立管的实际本构关系和实验结果。     

冰区海上风电基础的抗冰性能分析

海上风电基础属于典型的柔性结构。由于冰与柔性抗冰结构相互作用的复杂性,长期以来尚未形成基于动冰力响应分析的结构设计。结构抗冰设计中大都是从极端荷载出发,只考虑最大静冰力或最大倾覆力矩。基于对渤海辽东湾柔性抗冰结构的多年监测,发现强烈的冰激振动引起柔性结构的风险性要远大于极端静冰荷载下结构的整体安全问题。为了明确冰区风电基础结构的抗冰性能及抗冰设计的合理性,文章结合基于多年现场冰与结构作用观测及冰荷载的研究成果,明确该类柔性结构与海冰作用形式及其动力特性;提出了柔性抗冰结构设计中应考虑的主要失效模式及评价方法。最后,以渤海某典型风电基础为例,对其抗冰性能进行评价。该文的研究可为寒区风电基础的抗冰设计及安全保障提供合理依据。     

自升式钻井平台的抗冰性能评价

自升式钻井平台属于典型的柔性结构。由于冰与柔性抗冰结构相互作用的复杂性,长期以来尚未形成基于动冰力响应分析的结构设计。结构抗冰设计中大都是从极端荷载出发,只考虑最大静冰力或最大倾覆力矩是否能推倒平台。基于对渤海辽东湾柔性抗冰平台的多年监测,发现强烈的冰激振动引起平台管节点疲劳失效、上部设施的非正常运行、作业人员不舒适等问题的风险性要远大于极端静冰荷载下结构的整体安全问题。文中基于多年现场冰与结构作用观测及冰荷载的研究成果,提出了柔性抗冰结构设计中应考虑的主要失效模式及评价方法。最后,以渤海某典型自升式钻井平台为例,对其抗冰性能进行评价。该文的研究可为寒区自升式平台的抗冰概念设计提供合理依据。     

导弹战斗部冲击下舷侧梁的动力响应及失效模式分析

根据理想刚-塑性材料模型假设,同时考虑梁的剪切、弯曲及拉伸,分析了均匀矩形截面简支梁中部在中低速、大尺寸、大质量、平头弹体正冲击下的动力响应,得到了梁的初始塑性变形模式及梁的塑性变形过程,并根据有效塑性应变失效准则,分析了简支梁的失效模式,得到了冲击过程中梁的临界失效挠度及吸能量,讨论了梁截面的形状及跨长对梁变形吸能能力的影响.     

漂浮式风电平台动态电缆疲劳寿命分析

针对南海某8 MW浮式风机所配套的35 kV三芯电缆进行疲劳寿命分析，通过理论公式对电缆截面的力学性能进行计算，对其在各疲劳工况下的动力响应进行数值仿真，采用雨流计数法将不规则应力时程响应转化为应力循环周期，并通过Goodman平均应力修正法进行修正，最后结合材料S-N曲线，应用Miner线性累积损伤理论对电缆进行疲劳寿命的分析与评估。分析结果表明该电缆疲劳损伤最大处位于上端出防弯器处，损伤最大结构为铠装钢丝，累计损伤满足服役寿命要求。     

小径厚比深水管道的压溃屈曲研究

深水管道所处的特殊海洋环境极易导致其发生压溃屈曲破坏.通过深入分析不同径厚比深水管道的压溃屈曲特点,并对具有不同径厚比及初始椭圆度的深水管道模型进行了压溃屈曲及后屈曲行为的计算分析.研究发现,压溃屈曲的经典理论公式并不适用于小径厚比深水管道.文章基于经典理论和数值模拟结果,得到了适用于小径厚比深水管道压溃屈曲分析的临界压力修正公式,进而对小径厚比深水管道的压溃屈曲评估提供理论支撑和工程推荐.     

深水海底管道止屈器设计研究

随着水深的增加,深水海底管道由于外压导致压溃、屈曲及屈曲传播的可能性大大增加.深水海管设计中,通常采用止屈器来控制海管由于较大的外压可能造成的压溃及屈曲传播.止屈器的主要作用是:在管道受外压的条件下,一旦发生压溃屈曲并发生屈曲传播时,将屈曲传播的破坏限制在一定管道长度范围内.该文进行了深水海底管道止屈器设计研究,并基于有限元模型进行了管道的屈曲和屈曲传播分析.     

犁式挖沟机后挖沟埋管对海底管道屈曲压溃压力影响分析

为了研究犁式挖沟机后挖沟埋管中各参数对悬跨段海底管道屈曲压溃压力的影响,采用Python语言对ABAQUS软件进行二次开发,以准静态的方式模拟悬跨段各参数对压溃压力的影响。分析结果显示,犁式挖沟机后挖沟埋管会导致悬跨段管道截面椭圆化。随着作业水深的不断增加,悬跨段托管架处管道局部由弹性变形进入塑性变形区,继而发生屈曲压溃现象。后挖沟深度和管道外径对临界压溃压力的影响较大,其他参数如距海床高度ΔH和等效重力g'的影响有限。建立了后挖沟埋管的海底管道屈曲压溃临界曲线,可为犁式挖沟机后挖沟埋管施工作业提供工程参考。     

海底光缆制造中的优化

在计算双层铠装海底光缆拉伸强度的基础上，建立了海底光缆结构参数的优化模型，对于海底光缆的设计制造有一定的指导意义。海底光缆铠装钢丝层之间的滑动对于海底光缆的拉伸强度有重要影响，分析这种滑动产生的原因，提出控制滑动的一些方法，并建立相应的结构参数优化模型。     

基于非线性有限元法的海底管道剩余强度研究

考虑腐蚀海底管道材料非线性及几何非线性特点,基于塑性失效准则,采用非线性有限元法建立腐蚀海底管道剩余强度模型,以此预测腐蚀海底管道失效压力。基于非线性有限元法的计算结果,与失效压力准则法进行对比,分析腐蚀缺陷长度、深度、角度及腐蚀位置对失效压力的影响规律。