缓波型柔性立管构型优化及敏感性分析

针对缓波型柔性立管存在的波型较陡和浮子段张力较大的问题,对其进行优化,将单波构型优化为双波构型,运用集中质量法对改进前后的2种结构形式进行分析,确认双波构型在静力和动力响应下的张力及弯曲特性更优。在此基础上,对双波型柔性立管进行敏感性分析。在静力状态下,悬挂点和第2段浮子段末端对浮子段间隔和浮子段长度敏感;在动力响应下,悬挂段到第1段浮子段的张力变化和最小弯曲半径对浮子段间隔和大悬挂角非常敏感。研究得到的敏感性参数结论可作为缓波型柔性立管总体布置设计的参考。为提升缓波型柔性立管的性能,可合理增加浮子段与浮子段的间隔和悬挂角,但同时要满足规范的要求,避免关键部位动力响应过大。     

S-spar平台垂荡板数目确定及立管系泊系统耦合分析

考虑到目前S-spar平台垂荡板数目是参考Truss Spar平台3块垂荡板的设计,而未结合平台本身特性进行深入研究,因此基于SESAM对S-spar平台进行频域分析,确定S-spar平台采用4块垂荡板更为合适。在4块垂荡板的S-spar平台频域分析的基础上,对系泊系统及立管进行耦合分析,对比有无立管情况,发现考虑立管后平台各自由度上运动显著减小。为解决立管张力过大的问题,在立管上安装浮子,讨论浮子位置、浮子浮力对立管张力的影响,确定安装500 k N的浮子在距立管悬垂段距顶端65%处为最优方案。     

张紧器的结构参数对顶张式立管动力响应的影响研究

本文针对带液压气动式张紧器的顶张式立管,综合考虑浮式平台-张紧器-立管之间的运动关系、液压气柱的张力-冲程非线性关系、立管的真实截面布置以及采油树的作用,建立更加符合工程实际的三维有限元分析模型,并通过与实验结果对比验证了该模型的正确性。基于该有限元模型,研究了张紧器的结构参数对顶张式立管动力响应的影响。结果表明:活塞和活塞杆的直径以及高压气体的初始压强对立管的动力响应影响最大;低压气体的初始压强以及液压气柱和立管之间的夹角对立管的动力响应也有重要影响;在相同的环境条件下,高压气体和低压气体的初始体积对立管的动力响应的影响较小。     

向量式有限元法在管土相互作用中的应用

向量式有限元法是基于向量式力学和数值计算的一种创新性的结构行为分析方法。文章采用三种弹簧模型模拟海床,将向量式有限元法用于钢悬链线立管触地段与海床土体相互作用研究中,编制相应Matlab求解程序,计算了端部施加一定位移下立管的位形和弯曲应力,并与他人基于有限差分法及ABAQUS的模拟结果进行对比,同时运用该方法分析了弹簧模型、土体刚度、土体吸力系数等参数对立管触地段变形和弯曲应力的影响。结果表明向量式有限元法在模拟静态端部位移加载下的管-土相互作用是准确和可行的,能够直接求解变形和内力,具有相对简洁性,此方法是对立管力学行为的模拟,符合实际运动变形过程。为模拟管-土相互作用提供了新方法,同时为进一步研究实际循环载荷下管-土相互作用奠定了基础。     

深水悬链线式柔性立管参数敏感性分析

针对柔性立管所处的深水环境,选取应用较为广泛的悬链线式布置方法,在特定的海洋环境中,在大型有限元软件OrcaFlex上建立悬链线立管模型进行动力分析。选取悬挂角、立管末端锚固点位置和管内流体等关键参数进行参数敏感性分析。结果表明:悬挂角的变化对立管顶部曲率有作用,但立管底部曲率和最大张力对悬挂角的变化不敏感;立管末端锚固点位置变化对立管动力响应有明显影响,布置立管时需重点考虑;立管曲率和弯矩对管内流体密度及流速的变化不敏感,但立管最大张力随管内流体密度的增大而减小,随管内流速的增大而增大。     

缓波形钢悬链立管时域动力与疲劳分析

为研究缓波形钢悬链立管相对于简单钢悬链立管在运动、强度及疲劳等性能方面的变化,并充分考虑与其强度及疲劳特性有关的影响因素,以进一步提升其工作的安全性,基于悬链线法和集中质量法对缓波形钢悬链立管进行静力、动力分析,利用S-N曲线法对其进行疲劳分析,将缓波形钢悬链立管动态运动计算结果、强度及疲劳特性与简单钢悬链立管进行对比,探讨总结了不同立管设计参数对其运动特性的影响规律。     

自由站立式立管总体强度及敏感性参数分析

基于三维非线性时域有限元程序对自由站立式立管(FSHR)进行了总体强度分析,并在此基础上对影响FSHR总体性能的主要参数进行敏感性分析,探讨设计变量的不确定性对FSHR总体性能和布局的影响.计算结果表明百年一遇海流载荷工况下为最危险工况,跳接软管和FPSO共面,波浪沿立管流向FPSO方向为最危险浪、流组合方向;FSHR系统对浮体运动和钢性主管之间具有良好的解耦作用;改变单一敏感性参数不能使得FSHR总体性能向好的趋势发展,需要同时调节几个参数才有可能使得FSHR总体性能达到最优.     

振荡浮子式波能俘获装置模型试验研究

针对目前波浪能发电装置能量转化效率较低的问题,设计并制作了圆台形浮子作为能量摄取机构,采取物理模型试验方法,对浮子周围的波浪场要素、俘能系统所受水平波浪力和浮子垂向加速度等进行了同步测量,研究了入射波波高、周期和浮子初始吃水深度等因素对俘能系统工作性能的影响.结果表明:浮子系统所受水平波浪力和垂向加速度与入射波波高成正相关,与周期呈负相关;波陡一定时,适当增加浮子初始吃水对浮子系统所受水平波浪力具有正向激励作用,对浮子垂向加速度影响较小;大波高条件下,俘能装置吸收效率随波陡增加而增加;小波高时,装置吸收效率随波陡增加先增加后减小;波陡较大时,浮子入水截面半径的变化对俘能系统吸收效率影响较大;随着波陡减小,浮子浸没深度对俘能系统吸收效率影响程度增强.     

通用型FPSO立管界面结构设计与分析

以通用型浮式生产储油卸油装置(FPSO)立管界面及加强结构为设计目标,通过调研现行的多点系泊和立管界面结构,结合目标通用型FPSO的总布置图和基本布置图,进行了立管界面结构的初步设计。通过有限元模型建造并考虑立管界面结构所受载荷,对通用型FPSO立管界面结构的强度进行了校核。研究结果表明：当立管布置的方位角一定时,满载工况比压载工况对立管界面各主要结构的负载更大。     

钢悬链式立管涡激振动疲劳损伤参数分析

针对钢悬链式立管的结构特性,采用了简化后的振动模型。先对立管进行了模态分析;再根据立管的模态特性结合环境水流参数,采用模态叠加法对立管进行了涡激振动疲劳损伤分析。分析过程中,通过改变流速大小、立管壁厚、立管外径、内部介质以及抑制立管涡激振动的螺旋列板长度等参数,对立管的涡激振动疲劳损伤进行了相应的参数分析。结果表明:立管疲劳损伤随水流速度的增大、立管外径的增大以及内部介质密度的降低呈现上升趋势,但是壁厚变化对立管疲劳损伤大小影响却不显著。     

基于NSGA-Ⅱ算法的陡波型柔性立管优化设计方法

在柔性立管中部添加浮力块可使其形成陡波构型,合理的浮力块布置对陡波型柔性立管整体性能具有重要意义.论文以陡波型柔性立管悬挂点张力和锚固点张力为优化目标,以立管最大有效张力和最小弯曲半径为约束条件,构建了多目标优化模型.针对我国某海域应用于浮式生产储油装置的陡波型柔性立管系统,选取立管动态响应最大的4种典型工况开展动态时...     

波流耦合作用下海洋柔性立管防弯器动力响应数值分析

基于三维动态时域分析软件OrcaFlex建立防弯器与立管耦合响应模型,对柔性立管防弯器在波流耦合作用下的动力响应进行了参数敏感性分析,结合分析结果对柔性立管防弯器系统进行优化布局,并分析了流向变化和浪向变化对弯矩的影响。结果表明,靠近立管与浮体或水下设备固结点的曲率和弯矩大,随着远离固结点,曲率和弯矩呈递减趋势。海流方向变化对立管和防弯器曲率和弯矩的影响较浪向变化更大。底部立管和防弯器弯矩高于顶部,需格外注意。防弯器曲率与立管曲率基本一致,但弯矩高出很多,达到了防弯器保护立管承载过度屈曲的目的。     

考虑平台作用的顶张式立管动力分析

上层浮式平台的运动幅度比固定式平台大,对立管的影响更明显.为了解平台对顶张式立管动力的影响,提出一种动力分析方法.在一定的条件下建立立管的数学模型,采用软件Tube2D对平台和立管进行动力响应和弯曲应力分析,得到考虑平台作用的立管扶正器布置间距参数的敏感性和立管弯曲应力的变化.结果表明:对于考虑平台作用的立管模型而言,...     

立管碰撞损伤状态下极限强度分析方法研究

以船与立管碰撞为研究对象,采用非线性有限元法对立管受船舶碰撞作用下的结构损伤进行分析。在此基础上考虑立管结构凹坑损伤状态,建立极限强度分析方法,并对立管有无损伤等情况进行对比分析。计算分析表明,凹坑损伤会降低立管的极限强度;减小立管壁厚会降低立管的极限强度,且壁厚对凹坑损伤立管极限张力的影响明显小于极限弯矩;顶张力在一定范围内,也可以减小凹坑损伤对立管极限强度的影响。     

岸桥结构计算的参数化

介绍用VisualC 编写的ANSYS软件结构计算的前后处理程序的实现方法 ,即通过输入初始的载荷参数、几何参数 ,由参数化程序自动生成ANSYS的log文件 ,然后运行ANSYS的批处理程序进行结构计算的解算 ,再利用ANSYS的Out文件进行后处理     

深水立管涡激振动非线性响应及疲劳分析

对于深水立管,研究其在均匀流作用下,考虑流固耦合时的涡激非线性动力响应及疲劳损伤分析。采用有限元方法,建立立管模型。计算均匀流产生的升力时,考虑流体速度与立管之间的相对速度。利用Newmark-β法对立管进行时域内的涡激响应分析,同时通过幅值谱对立管进行频域内的分析,得到涡激振动的主要模态。     

基于规范的绑扎式立管系统的强度计算

立管强度分析是海底管道设计的重要内容之一.针对绑扎式立管系统,应用有限元软件AUTOPIPE 8.5建立乐东22-1气田外输立管系统的模型,并分别依据DNV-OS-F101、DNV 1981、ASME B31.8三种设计规范对其进行强度计算.综合考虑规范对立管强度的要求,防止发生压溃和屈曲扩展的要求及限制立管发生漂浮的要求三个条件,确定了满足条件的最小壁厚.最后根据计算结果比较了三种规范对于立管强度计算的不同适用性.     

深水自由站立混合立管的响应特性参数分析

作为深水油气开发中的一种先进立管形式,自由站立的混合立管得到了越来越多的关注。文章采用一可高效处理几何非线性的有限元程序对一典型混合立管进行了参数分析,研究了在海流的作用下浮箱的直径、长度、潜水深度及柔性管的长度等参数对立管静力平衡位形的影响。在浮体横荡和规则波作用下的动力分析则证实了混合立管的准静力响应特性。当浮箱置于水下一定深度时,由海面浮体运动和波浪作用引发的浮箱运动很小,以至于它对柔性管动力响应分析的影响可以忽略。     

管节点热点应力参数化分析方法

针对管节点有限元分析中,热点应力插值参考点没有节点结果的问题,对管节点热点应力计算方法进行研究。在管节点相交区域建立相贯线的参数方程,并通过曲线积分与数值计算的方法得到相贯线外延线的方程。通过外延线离散的关键点建立面的方式,对网格节点的大小与位置进行控制。并编写管节点热点应力计算程序,以T型及KT型管节点为例,比较数值计算与规范公式得到的热点应力的差异。结果表明,利用本文提出的方法,划分的网格可以容易且准确的提取参考点的应力结果,并且可以编写在APDL程序中,实现建模到结果分析的自动化处理,不仅提高疲劳校核效率,同时提高计算结果的精度。     

缓波型柔性立管涡激响应数值模拟

缓波型柔性立管的涡激振动问题是当前海洋工程界的研究热点.本文基于Milan尾流振子模型,通过Or?caFlex软件及悬链线方程,考虑缓波型柔性立管的几何非线性及三维效应,基于等效原则将缓波型柔性立管转换为直立立管进行分析,同时探讨了不同浮子段覆盖率对缓波型柔性立管涡激振动特性的影响规律,给出了立管不同轴向位置处的运动轨迹,为揭示缓波型柔性立管涡激运动特征提供了借鉴.