海洋工程中的弹性支持梁

油气输送管线是海洋工程中的重要装备,对其进行安全评估是工程设计和检测的必要组成部分和主要目标.由于海底不平、挖沟作业、海流冲刷等情况会使管线在海底起伏弯曲,因此需要对这种变形状态下的管线进行强度分析.考虑海底土壤对管线的弹性支持作用,将管线模型化为支撑在弹性地基上的长梁,给出这种弹性支持梁在起伏弯曲情况下的强度分析方法.该问题的特点是:由起伏引起的弹性梁的两段悬空长度、一段与地基接触的长度均是待求量.与通常的弹性地基梁问题不同,这是一个动边界问题.     

多作业状态下近海油气管线的力学分析及软件

在近海管线的铺设、安装、使用过程中有多种作业状态：在位、悬跨、挖沟、提吊、铺管等。各种状态下管线的受力特点不同，加上管线结构、海况和海底土壤等因素又都很复杂，所以近海管线的强度分析难度大、内容多。分别采用解析方法、数值方法（有限元法、打靶法）和二者结合来解决理论上的（如几何非线性、动边界等）、实用性方面的难点。在理论分析的基础上，编制了符合产业部门工程师使用要求的近海管线强度分析软件。介绍了该软件进行力学分析时采用的理论以及软件界面。     

海底管道提吊方法分析

在浅海海域的管道铺设过程中,有时需要将置于海底的管道提吊至船舶甲板上进行焊接。在这个过程中管道端部承受较大的弯矩作用,极易造成管道的破损。根据大挠度梁理论建立了海洋管道的微分平衡方程,对管道单点S型提吊的力学性能进行了研究。针对管道线型呈现S型曲线时端点弯矩过大的问题,提出了两点提吊方案,并利用打靶法对中间吊点配置方案以及两点提吊时管道的力学性质进行了求解。通过算例与ANSYS计算结果的比较,验证了本文方法的可靠性。     

稳定流作用下海底悬跨管线涡激振动研究

讨论了目前用于海底悬跨管线涡激振动预报的主要数值模型,针对海底管线悬跨段涡激振动问题编制了有限元分析程序,程序采用梁单元模拟管跨结构,动力响应计算方法采用VIVANA模型,模型控制方程采用Newton-Raphson迭代算法求解。采用Larsen,Koushan等人(2002)和Larsen,Baarholm等人(2004)给出的两组不同的用于确定升力曲线的参数曲线进行计算,将计算结果与Tsahalis(1984,1987)的模型实验结果进行了比较。结果表明本文的涡激振动模型能够预报间隙比e/D=∞时海底悬跨管线的涡激振动响应;采用Larsen,Koushan等人(2002)参数曲线得到的计算结果与间隙比e/D=∞时的实验结果符合较好,Larsen,Koushan等人(2002)参数曲线较Larsen,Baarholm等人(2004)参数曲线更适合于海底悬跨管线的涡激振动预报。     

地震断层上海底管线的适应能力研究

地震断裂带作用是埋地管线的主要破坏原因,海底管线的抗断裂带能力分析和计算仍然是工程设计中的一个薄弱环节.本文在充分考虑海底管线埋设环境特点及其在地震断裂带的受力状况下,给出了海底管线的抗断裂带错动适应能力校核公式,并结合一工程实例的计算和分析,说明海底管线的断层适应能量要明显高于陆地管线.最后结合理论分析,给出提高海底管线断裂带上适应能力的工程建议.本文的研究结果对加强海底管线的抗震设计能力,提高对海底管线的抗震适应能力的认识,指导海底管线工程施工都具有重要意义.     

含有腐蚀缺陷海底管线失效压力研究

腐蚀是引起海底管线破坏的一种重要原因.采用非线性有限元方法,对含有腐蚀缺陷的海底管线进行了内压作用下的极限承载力分析.研究了腐蚀长度、深度、宽度、径厚比对海底管线的破坏机理和对失效压力的影响,提出了含有腐蚀缺陷的受内压作用的海底管线失效压力计算公式.与试验结果及各种规范和方法进行了对比,证明该方法是有效的,为腐蚀海底管线的评估提供了依据.     

海底管线抗震设计方法研究

现用海底管线的地震应力计算方法存在着计算应力过大、管线几何参数和埋设深度对计算结果几乎没有影响等问题,研究在考虑了海底管线实际埋设环境的基础上,通过计算发现在设计地震条件下,管土之间的约束实际上已进入了塑性滑移状态.结合理论分析,给出了考虑地震时管线周围约束土壤进入塑性滑移状态后的极限地震应力计算方法,来计算海底埋设管线在地震作用下所产生的最大地震应力.并用该新方法分析了一实际管线工程的地震应力,通过与现用方法计算结果的比较,证明该方法克服了现用设计方法仅考虑管土之间为弹性约束、管线几何尺寸对抗震设计影响很小等问题,有效反映了实际铺设环境对海底管线地震应力的作用.最后通过新的应力计算法,结合工程实例计算,进一步明确了管线几何参数和埋设深度对极限地震应力的影响规律,为准确计算海底管线的地震应力、制定海底管线抗震规范、进行在役海底管线的地震风险评估和寿命预测奠定了基础.     

采用ANSYS 5.7的海底管线起吊过程非线性有限元静力分析

海底管线安装过程中经常采用对接起吊法,在这一过程中管线应力状态较复杂,管线的变形属于大位移几何非线性变形,同时还要考虑管线的双层结构.本文采用有限元分析软件ANSYS5.7模拟管线的起吊过程,采用ANSYS5.7提供的点点接触单元(Contact 52),浸没管单元(Pipe59),直管单元(Pipe16)对管线起吊过程进行接触非线性和几何非线性有限元分析,得到了较为满意和直观的结果.计算结果可以给出指定起吊高度情况下的管线内管、外管的应力分布以及管线和海底泥面接触点的位置,进而可以校核起吊过程中管线内、外管的强度和稳定性是否满足要求.为海底管线起吊对接计算提供了一种新的思路和方法.     

"海洋石油295"号管道挖沟动力定位工程船

正"海洋石油295"号是由中国船舶与海洋工程设计研究院(MARIC)完全自主开发设计,中船黄埔文冲船舶有限公司承制,为海洋石油工程股份有限公司精细打造的管道挖沟动力定位工程船。该船采用全电力推进系统,配备DP2级动力定位系统,可配置自行式挖沟机、浅水射流挖沟机和深水挖沟机等世界主流管道挖沟设备,主要用于中国渤海及东海海域海底管道挖沟、膨胀弯安装、清管试压、应急抢修、潜水作业、ROV支持、海底电缆敷设等作业。     

管沟对浅地层剖面图影响的多弧现象形成分析

为保证海底管线的安全,在海底管线外部调查中,获得管线的平面位置、埋深、裸露或悬跨高度是调查的重要内容,浅地层剖面仪可以有效地解决这一问题[1]。一些管沟明显地区,管线仪调查得到的管线图像出现多重线弧线现象,对管顶面的判别,管顶位置及管线埋深、裸露、悬跨高度的判断造成困难,文章结合海底管线铺设方法以及浅地层剖面仪工作原理,采用分解分析多重线弧状态的形成机理,并提出了在多弧现象中辨别管顶面以及管沟底的方法,以提高管线剖面资料处理的准确性。