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。     

细长螺旋结构拉伸力学行为解析理论适用性研究

基于曲梁理论推导了细长螺旋结构拉伸力学行为的求解公式,探究了不同缠绕角度结构在轴向拉力作用下的力学变形机制。通过理论解与数值解的比较,进一步明确了不同缠绕角度细长螺旋结构的变形特征和不同理论求解方法的适用范围。研究发现,具有较大缠绕角度的细长螺旋结构在受拉时主要产生扭转变形,而对具有较小缠绕角度的细长螺旋结构截面拉伸变形起主导作用。在相同轴向应变前提下,不同缠绕角度的细长螺旋结构内力以45°为中心成对称分布,这大大降低了工程设计的计算量,为工程中细长螺旋结构的分析设计提供了有益参考。     

LNG低温柔性管道内衬金属波纹管的概念选型设计

金属波纹管结构在现代工程的多个领域中均具有广泛的应用，作为一种重要的补偿元件，可在压力容器和管道系统中对结构的温度变化、机械位移或振动进行热补偿与位移补偿等。近年来，随着高技术船舶FLNG(Floating Liquefied Natural Gas)，即新型海上浮式LNG（液化天然气）生产系统的兴起与发展，金属波纹管结构也广泛地应用于LNG低温柔性管道中。作为低温柔性管道的内衬结构层，金属波纹管直接与低温传输介质接触，可起到承受管道内部压力、密封传输介质等功能。然而在实际工程中，波纹管结构的截面形状多种多样，不同管型的金属波纹管对应的力学性能差异较大，其概念选型设计尚缺乏系统性的研究。本文以最常见的U型、C型、Ω型等三种管型波纹管为研究对象，分别对这三种管型的金属波纹管进行多工况分析与关键性能指标对比，得到不同管型的金属波纹管结构在实际应用中所适用的工程背景，并认为U型波纹管是最适合LNG低温柔性管道内衬层的金属波纹管结构。     

基于实验的二维八边形液舱晃荡比尺效应研究

文章针对二维八边形液舱晃荡冲击的比尺效应开展了实验研究。实验根据弗劳德相似准则分别选择1:1原型液舱与1:2和1:3两个比尺模型液舱,在横荡单次冲击外激激励的作用下,考虑80%危险载液率分别对流体冲击侧壁、上斜板和顶板时的晃荡荷载与冲击波形进行了比尺效应对比分析。分析结果表明,冲击过程中,如果原型液舱和缩比模型液舱中对应冲击壁面处于流体中,包裹的气泡越少,冲击压力峰值由模型还原到原型时更接近于原型实验实测值;若考虑整个冲击过程中的流场形态,应尽可能选择大比尺液舱来开展晃荡模型实验。     

非粘接内波纹柔性管道多轴疲劳分析研究

针对无码头浮式传输系统中的非粘接内波纹柔性管道结构多轴疲劳问题，构建了随机载荷作用下的多轴疲劳分析方法，将管道水动力载荷与应力张量计算结果匹配叠加获得应力变化时程，基于临界平面法计算多轴疲劳寿命。以无码头浮式传输系统在某海域的应用为例，对比讨论了多轴与传统单轴疲劳分析方法，揭示多轴疲劳分析方法在解决非粘接内波纹柔性管道疲劳问题中的机理和优势。相比于传统单轴疲劳分析中不同载荷形式下的最大应力值叠加的基本假设，论文构建的多轴疲劳分析方法采用遍历疲劳热点区域所有单元节点的方式对其应力张量进行组合叠加，提高了最小疲劳寿命值及其环向位置计算的准确性，可为解决复杂海洋管道结构的多轴疲劳问题提供参考。