流花19-5气田脐带缆截面分析优化设计

流花19-5气田使用水下生产系统进行生产,采用了钢制水下脐带缆的设计。脐带缆截面设计和分析是脐带缆系统设计中最关键的部分,其决定了脐带缆的截面形式、脐带缆的重量、尺寸等重要参数。本文从脐带缆的截面分析出发,应用了蒙特卡洛模拟分析方法,优化和验证了脐带缆承压能力分析,之后进行了安装和操作分析,并提出相对于流花19-5气田所采取的一些设计优化。该技术的研究和应用可为其他深水油气田的开发提供很好的参考与借鉴效果。     

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%。     

基于一体化平台的海洋脐带缆设计

针对深海脐带缆工程设计过程,使用一体化的海洋工程设计平台进行脐带缆的截面选型、线形设计、强度分析、规范校核。并使用一体化平台实现脐带缆的建模,计算工况设置,生成计算模型,导入商业软件分析和结果处理过程。在设计阶段对多种截面在多种工况条件下进行模拟,得到各截面脐带缆关键性能参数,通过脐带缆方案比选,确定脐带缆设计方案。     

文昌脐带缆J型牵拉入位操作的水动力分析

参考863文昌脐带缆截面设计及具体工作环境参数,利用水动力分析软件Orcaflex建立了文昌缆J型管牵拉入位的水动力分析模型,计算了脐带缆在牵拉入位过程中的水动力响应。并结合有水动力分析结果,给出了该脐带缆的相关力学性能和在牵拉入位中应注意的事项,对实际工程实践有一定的指导意义。     

基于柔性杆理论的脐带缆涡激振动数值模拟系统

针对目前海洋脐带缆分析软件缺乏的状况,本文基于MATLAB开发了脐带缆涡激振动数值模拟系统UCVIV-1.0.由于脐带缆的大变形和大转角会产生显著的几何非线性,脐带缆的静态平衡位形和整体力学响应计算采用了细长柔性杆模型,采用尾流振子模型模拟海流作用下的涡激力.该系统界面清晰友好,操作简单,适用于悬链线型脐带缆.选取了一组脐带缆参数,使用该系统进行了静力计算以及涡激振动计算;并将静力结果与采用国外商业软件OrcaFlex计算的结果进行了比对,发现结果吻合程度较高,在一定程度上验证了系统的可行性和准确性.本系统有望为脐带缆设计软件的开发提供借鉴.     

基于半数值方法的脐带缆拉弯能力曲线分析研究

水下生产系统脐带缆连接于水上主控站与海底管汇控制执行器之间,在安装和在位运行时脐带缆的受力情况复杂,其中工作内压下拉伸与弯曲组合形式的荷载是脐带缆承受的最显著工况之一,因此分析缆体截面拉-弯性能曲线有着重要的工程指导意义。文章首先采用理论公式对脐带缆内部关键构件钢管进行拉伸和弯曲荷载下受力分析并得到应力应变响应;同时构建脐带缆二维精细数值模型,考虑构件之间的相互作用与摩擦,分析径向外压与工作内压共同作用下缆体截面应力分布情况。通过提取钢管上热点应力并与理论结果相结合得到相应的拉—弯能力曲线。其结果同传统理论方法比较更加保守可信,可确保脐带缆在安装和在位工作时的安全运行。同时,为海洋工程管缆结构抗荷载能力设计提供一条可行途径。     

海洋动态缆缓 S型布置及参数灵敏度分析

文章基于对某浅水缓 S 线型布置的动态脐带缆的研究,确定了线型的主要设计参数为顶部悬挂角,中水浮拱的浮力、水平位置和垂直位置。并借助 Orcflex 软件对动态缆的响应进行非线性时域分析,研究动态缆的初始形状、曲率、张力对不同的线型设计参数的灵敏度,阐述了设计参数变化对脐带缆的力学性能影响的一般规律,为动态脐带缆的线型设计提供参考。     

脐带缆水下终端的研制与试验验证

研制一种脐带缆水下终端(Umbilical cable Termination Head, UTH)装置,用于将脐带缆内的光电液信号和化学药剂传输给水下生产系统,实现UTH的国产化。分析UTH结构的设计方法,以及UTH在安装和在位运行状态下的5种载荷工况,并针对每种工况进行仿真计算。通过载荷测试验证UTH结构设计的可靠性,为后续UTH的优化设计和产业化应用提供参考。     

水下脐带缆水动力性能分析

脐带缆的水动力性能对水下作业装备的设计具有重要意义,本文在建立水下脐带缆动力学模型的基础上,通过对边值问题微分方程的求解分析,对分段绑扎脐带和ROV携带自由端脐带两种工况进行了定量数值计算,为解决类似工程问题提供了有效途径。     

静态脐带缆安装工况参数分析

结合工程实例对静态脐带缆安装工况下的基本力学问题进行了归纳分析,依据海洋管线设计规范计算了脐带缆简化模型关键力学参数,对脐带缆安装工况下的水动力性能进行了分析。通过等效刚度替代原则建立了钢管脐带缆有限元简化模型,重点对比分析了摩擦力对脐带缆应力分布的影响,当缆体承受较大弯曲载荷时可忽略摩擦对脐带缆应力计算的影响。不同拉弯组合载荷作用下脐带缆最大应力均出现在0.025 4 m钢管受拉面,依据计算结果提出了钢管脐带缆的简化设计意见。     

带缆遥控水下机器人水动力数学模型及其回转运动分析

提出了一种新型的带缆水下机器人系统三维水动力数学模型。在该模型中脐带缆的控制方程由脐带缆任一微段中的力的平衡条件导出,在此基础上以该脐带缆的控制方程为核心,通过引入脐带缆与水下机器人连接点的边界条件而建立起整个系统的三维水动力学数学模型。数值模拟中作用在机器人主体上的水动力载荷和旋转导管螺旋桨的控制力在考虑了它们之间的相互影响基础上以计算流体力学方法求出。该模型的主要特点是克服了现有的带缆水下机器人系统水动力数学模型将系统各组成部分割裂处理、缺乏从系统整体理论框架中去观察脐带缆、水下机器人主体和螺旋桨推进器水动力特征的缺陷,从一种综合、整体的观点去观察分析带缆遥控水下机器人的动力状态。水下机器人在导管螺旋桨作用下回转运动的数值模拟结果表明,利用所建立的数学模型可以对带缆水下机器人水动力状态进行有效的数值模拟。     

基于Vega Prime的ROV柔性脐带缆动态模拟

模拟柔性脐带缆在深海作业环境中的动态形态变化是构建遥控潜器（ROV）作业视景仿真系统的重点和难点之一。由于柔性脐带缆在海流作用下受力情况复杂、运动形态多变,利用现有成熟的视景仿真软件难以做到逼真模拟。采用凝聚参数法建立柔性脐带缆的模型、运动方程及变长度算法并进行仿真求解,结合所得数值解,利用OpenGL语言和纹理映射技术动态绘制柔性脐带缆三维模型,并将柔性脐带缆动态模型与在Vega Prime平台建立的ROV主体进行衔接,获得了逼真的柔性脐带缆跟随ROV运动的动态模拟效果。     

二通插装阀集成控制块CAD研究和块体校孔绘图软件开发

本文从实用角度提出了集成块CAD的研究开发策略,总结了二通插装阀集成控制块体孔道校验和自动绘图软件的功能及其实现。软件以块体设计草图有关数据信息为依据,建立块体数学模型,完成孔道校验并自动生成规范的工程图纸。该软件为复杂集成块的设计效率和质量提供了有力保证。     

脐带缆在海洋深水石油平台的应用现状及前景分析

脐带缆是海洋深水石油平台开发利用中必不可少的重要部件。文章基于对脐带缆在海洋深水平台的应用现状和前景的分析,重点阐述了脐带缆的功能构造和作用,并就国内外脐带缆在海洋深水平台的应用现状进行了系统性的分析,并在最后对脐带缆的发展前景进行了简要分析。     

水下生产系统液压控制系统脐带缆液容效应研究

油气田水下生产系统液压控制系统多数采用长脐带缆液压驱动完成,由于长行程积累的液阻大、能耗损失大.提出一种利用长脐带缆的液容储能特性优化设计其液压系统流量的方法,对长脐带缆精确分布参数模型进行分析推导,从而最大限度地降低长脐带缆供、回油过程的流动阻力,提高水下生产系统的驱动效率.最后以我国某油气田某井口为例,对供油管路系统进行了阻尼匹配优化设计和仿真,仿真结果与实际非常吻合.     

基于反步控制和神经动力学模型的带缆水下潜器航迹跟踪

为实现带缆水下潜器的航迹跟踪控制,对带缆水下潜器设计了运动学反步控制器和动力学滑模控制器,并引入生物启发神经动力学模型来平滑反步控制器中因跟踪误差较大,引起的输出速度跳变。对水下潜器折线路径跟踪进行仿真,并分析脐带缆对跟踪效果的影响。结果显示,所设计控制器的路径跟踪误差小,跟踪速度在初始阶段以及折线路径拐点处过渡平滑;脐带缆使跟踪效果变差。对带缆潜器这一刚性和柔性部件相互连接的水下运载设备而言,神经动力学反步滑模控制器能够较好地实现航迹跟踪,并有效克服传统反步控制器速度跳变的问题。     

无粘接脐带缆轴对称响应与疲劳特性分析研究（英文）

为了提高对脐带缆力学特性的研究,便于设计,文中提出了一种脐带缆拉伸载荷作用下的理论模型。在总体控制方程中对拉伸过程中骨架层的径向缩减。针对给定的无粘结脐带缆脐,建立了有限元模型,模拟分析了骨架层的径向缩减对应力分布的影响。通过对拉伸刚度试验对比,理论分析与试验吻合度较高。基于解析模型,分析了径向缩减对拉伸刚度的影响。此外,在应力分析的基础上,对无粘结脐带缆在拉伸载荷作用下的的疲劳特性进行了研究。     

无粘接脐带缆轴对称响应与疲劳特性分析研究

为了提高对脐带缆力学特性的研究,便于设计,文中提出了一种脐带缆拉伸载荷作用下的理论模型.在总体控制方程中对拉伸过程中骨架层的径向缩减.针对给定的无粘结脐带缆脐,建立了有限元模型,模拟分析了骨架层的径向缩减对应力分布的影响.通过对拉伸刚度试验对比,理论分析与试验吻合度较高.基于解析模型,分析了径向缩减对拉伸刚度的影响.此外,在应力分析的基础上,对无粘结脐带缆在拉伸载荷作用下的的疲劳特性进行了研究.     

崖城13-4气田脐带缆修复技术及应用展望

介绍脐带缆应用前景以及利用国内技术资源首次成功修复崖城13-4气田脐带缆的主要设备和技术要点,为国内脐带缆深入研究和修复提供借鉴。     

船体结构规范设计多媒体教学软件

船体结构规范设计多媒体教学软件是《船体强度与结构设计》课程的辅助教学软件。通过该软件，学生们可以依照中国船级社《钢质海船入级与建造规范》的规定，完成散货船横断面的设计和总强度的校核，同时避免了繁琐的计算过程。该软件结合了多媒体技术，有着良好的人机交互界面，易学易用，能显著提高教学效率和教学质量，有着较好的推广价值。