安装载荷下脐带缆的抗压抵抗力参数研究

脐带缆作为水下生产系统进行油气资源开发的关键结构之一,在安装过程中的脐带缆受到动态的拉伸载荷和张紧器挤压载荷,保障脐带缆的安装下放过程的结构安全有着重要的工程应用意义。本文应用ABAQUS建立脐带缆有限元模型,充分考虑脐带缆内部各构件之间的相互作用,研究不同张紧器角度与不同摩擦系数下脐带缆的抗压抵抗力性能。结果表明,张紧器与脐带缆之间的摩擦力随着摩擦系数、和张紧器夹角增加而增加,基于此提出可通过优化张紧器夹角及张紧器与脐带缆间的摩擦系数来降低深水对于脐带缆安装的限制。     

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。     

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。     

高压海缆敷设动力响应与参数敏感性分析

为了准确分析海缆敷设时的动力响应与动态载荷,文章在SESAM/Geni E中建立铺缆船湿表面模型并对模型划分网格,在Wadam中开展铺缆船水动力分析,得到铺缆船的附加质量、辐射阻尼与幅值响应算子。基于绕射理论和Morison理论对敷缆船、高压海缆与波浪间的相互作用进行分析,得到4个典型锚泊布置方案、8种风浪流组合工况下海缆敷设时的有效张力与曲率。针对海缆的长度余量、浪流方向以及系泊缆张力开展了海缆敷设参数敏感性分析,研究参数变化对海缆张力的影响。研究发现,铺缆船在水中的附加质量与黏性阻尼对船体运动有很大影响,在开展海缆敷设模拟时不应忽略。海缆长度余量、风浪流作用方向对海缆的敷设张力影响明显,是保障海缆敷设安全的关键敏感参数。     

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.     

波浪条件下载人潜水器水动力性能分析

载人潜水器因其工作环境位于海面以下,受波浪影响较小,故在设计阶段很少考虑其在波浪条件下的受力,但根据“蛟龙”号载人潜水器近年来应用情况,每次下潜作业都要在海面上漂浮0.5-1 h,期间受到的波浪载荷会对结构系统造成损伤,影响潜水器的结构安全,所以进行波浪条件下载人潜水器水动力性能分析是有必要的。本文采用计算流体力学方法（CFD）计算波浪条件下尾部稳定翼的受力,分析不同浪向角、不同进流速度、不同沉深及波浪参数下稳定翼翼片的受力,并结合潜水器尾部浮力块布置分析其损伤原因。结果表明,在海面上受到的波浪载荷是载人潜水器尾部结构系统损伤的原因之一。     

系泊、拖曳、潜器脐带缆统一参数分析法

提出了一种能统一处理系泊、拖曳、脐带缆静态构形和张力计算的参数分析法.缆索为三维,受载为流体力和多点载荷扰动,不计水面波浪动态激励以及流速的变化,并用三参数函数导出一个半解析公式.只要提供不同种类的边界条件就可进行数值求解,从而统一解决了实际海洋缆索静态缆力、缆形计算,可用于初步设计阶段理解各参数之间的相互影响以及每个参数的作用.     

基于Ariane的LNG运输船系泊设计研究

本文着重对某LNG运输船港口停泊的系泊设计是否满足OCIMF要求进行校核。在考虑风浪流影响的情况下,运用Hydrostar对船舶的风载荷和波浪载荷进行了分析,得到船体的运动响应和波浪载荷输入数据。在此基础上,使用Ariane软件对系泊绳缆和系泊缆桩受力进行分析。由计算结果可知,当风、流方向和速度不同时,各系泊线上的力也不同。为了保持计算结果的稳定性,考虑随机环境因素,对每种工况的系泊力进行多次计算。同时,由于该船停泊在港口,考虑了浅水效应和低频运动。     

系泊、拖曳、潜器脐带缆统一参数分析法

提出了一种能统一处理系泊、拖曳、脐带缆静态构形和张力计算的参数分析法。缆索为三维，受载为流体力和多点载荷扰动，不计水面波浪动态激励以及流速的变化，并用三参数函数导出一个半解析公式。只要提供不同种类的边界条件就可进行数值求解，从而统一解决了实际海洋缆索静态缆力、缆形计算，可用于初步设计阶段理解各参数之间的相互影响以及每个参数的作用。     

深水管中管钢悬链线立管的非线性动力分析

立管技术是深水资源开发的关键技术之一。管中管钢悬链线立管具有同心的外管与内管，其外管提供机械保护，内管提供油气通道，内、外管之间按照一定的距离安装扶正器以保护绝热材料，在深水油气开发中具有较大的应用价值。充分考虑在位立管承受的复杂载荷条件泡括动边界、波浪与海流载荷、立管自重、海水浮力、管内外静压力），以及整体和局部非线性因素（包括摩擦、滑移、接触、间隙等），采用时域有限元软件ABAQUS实现管中管钢悬链线立管的建模与非线性动力分析。     

深水悬链锚泊系统等效截断水深优化设计

工程中,常用的深水悬链锚泊线通常是由顶部锚链、中部钢索和底部锚链三段复合而成。该文采用分段外推的数值解法,考虑锚泊线所受的重力、张力、流力以及锚泊线的弹性伸长,利用黄金分割算法求解锚泊线顶端张力对应的顶张角,对其进行静力特性分析。基于混合模型试验方法应用,考虑锚泊系统静力特性相似,采用遗传算法编制开发等效截断水深系统优化设计程序。以一座工作水深为1500 m的深水半潜式平台为例,对其悬链式锚泊系统在700 m水深处进行等效截断优化设计计算,为下一步进行混合模型试验提供参考。     

A numerical study on the installation configuration design of compliant vertical access riser (CVAR) in deepwater

In oil and gas transportation, the compliant vertical access riser (CVAR) system conducts economic and operational advantages due to its special configuration. In this paper, the static performance of the CVAR is studied by an efficient numerical method. According to the unique configuration of the CVAR, the mathematical model is established based on minimum total potential energy principle. The equilibrium equations are discretized by finite difference method and then solved by Newton-Raphson technique. The accuracy of the numerical method is verified by OrcaFlex software. Detailed parametric analysis is carried out based on practical engineering requirements. The effects of buoyancy section's configuration including buoyancy factor, buoyancy section's length and buoyancy section's location, and external environmental factors including wellhead offset distance, water depth and current velocity on installation shape and mechanical properties of the CVAR are analyzed. The research shows that the presented numerical method has good applicability and flexibility for the early installation configuration design of marine risers which have no touchdown section but only one touchdown point and are equipped with multiple buoyancy blocks subjected to forces of different directions and magnitudes, such as CVARs.     

深海钢悬链线立管（SCR）安装强度分析

在研究深水钢悬链立管（SCR）安装方法基础上,结合实际工程安装经验,提出了深水SCR在J-lay这种铺管方式下的安装方案,应用专业立管安装分析软件Orcaflex对各个安装过程进行实例分析,对安装过程中立管的安装强度进行校核。     

柔性立管整体分析(英文)

The mechanical performance of a flexible riser is more outstanding than other risers in violent environmental conditions. Based on the lumped mass method, a steep wave flexible riser configuration attached to a Floating Production Storage and Offloading (FPSO) has been applied to a global analysis in order to acquire the static and dynamic behavior of the flexible riser. The riser was divided into a series of straight massless line segments with a node at each end. Only the axial and torsional properties of the line were modeled, while the mass, weight, and buoyancy were all lumped to the nodes. Four different buoyancy module lengths have been made to demonstrate the importance of mode selection, so as to confirm the optimum buoyancy module length. The results in the sensitivity study show that the flexible riser is not very sensitive to the ocean current, and the buoyancy module can reduce the Von Mises stress and improve the mechanical performance of the flexible riser. Shorter buoyancy module length can reduce the riser effective tension in a specific range of the buoyancy module length when other parameters are constant, but it can also increase the maximum curvature of the riser. As a result, all kinds of the riser performances should be taken into account in order to select the most appropriate buoyancy module length.     

深水SCR立管触地区域管土作用研究进展(英文)

钢悬链线立管作为一种全新的深水立管系统已经在国外多个项目中应用,总结了有关深水钢悬链线立管触地区域管土相互作用的研究进展,主要包括STRIDE和CAluSIMA工业合作计划的研究数据和其他的相关论文,能够为国内深水钢悬链线立管的研究提供参考.     

深水池垂向流的数值模拟

针对海洋深水试验池造流系统，运用CFD软件对均匀和非均匀垂向流速剖面进行数值模拟，分析研究了试验区域内水流在三个方向上的流速分布情况以及湍流强度的变化，并与目标流速进行了比较。结合模型试验，表明数值模拟的结果是可靠的，深水池能够较为准确地模拟出不同垂向流速剖面的海流，对海洋深水试验池的设计有着重要的参考价值。     

大型海上风机浮托安装进船过程数值分析

对海上风机浮托安装的进船过程进行分析,对于H型双体船分别从频域和时域等两个方面进行模拟。在频域模拟过程中,得到不同来浪方向H型驳船的运动RAO;在时域模拟过程中,采用悬链线系泊得到进船过程中波浪作用下船体的缆绳张力。通过计算分析可得:随着缆绳长度的增加,系泊张力逐渐减小;系缆长度相近,系泊张力随之相近。建议在进船过程中需布置长度相近且尽可能长一些的系缆。     

大连海域波浪特征研究

根据大连及其附近海域11个站的波浪实测资料,研究分析了大连海域不同岸线段的波浪基本特征,包括常浪向、强浪向及其频率等,绘制了波浪玫瑰图;根据有关文献,对大连海域不同岸线外海深水波浪要素特征进行了分析研究,给出了50a一遇强浪向的波高和周期.结果表明:大连海域在渤海侧强浪向主要为偏北向,黄海侧海域的强浪向主要是偏南向.     

考虑内流和海床作用的柔性立管和钢悬链线立管非线性分析(英文)

Flexible risers and steel catenary risers often provide unique riser solutions for today’s deepwater field development. Accurate analysis of these slender structures, in which there are high-speed HP/HT internal flows, is critical to ensure personnel and asset safety. In this study, a special global coordinate-based FEM rod model was adopted to identify and quantify the effects of internal flow and hydrostatic pressure on both flexible and deepwater steel catenary risers, with emphasis on the latter. By incorporating internal flow induced forces into the model, it was found that the internal flow contributes a new term to the effective tension expression. For flexible risers in shallow water, internal flow and hydrostatic pressure made virtually no change to effective tension by merely altering the riser wall tension. In deep water the internal pressure wielded a dominant role in governing the riser effective tension and furthering the static configuration, while the effect of inflow velocity was negligible. With respect to the riser seabed interaction, both the seabed support and friction effect were considered, with the former modeled by a nonlinear quadratic spring, allowing for a consistent derivation of the tangent stiffness matrix. The presented application examples show that the nonlinear quadratic spring is, when using the catenary solution as an initial static profile, an efficient way to model the quasi-Winkler-type elastic seabed foundation in this finite element scheme.