深海柔性立管结构力学特性分析

发布时间：2017-12-13 15:18

  本文关键词：深海柔性立管结构力学特性分析

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【摘要】：随着深海油气资源的不断开发，作为上部浮体与海底井口连接通道的柔性立管得到了越来越广泛的应用。相较于其他形式的立管，柔性立管在保持较大轴向刚度的同时，能够承受很大的弯曲变形以顺应复杂恶劣的海洋环境。然而由于其自身复杂的结构组成，要设计分析柔性立管并非易事。 基于以上需求，本文研究了深海柔性立管的力学特性，对设计分析中涉及到的关键问题进行了分析论述，内容主要涉及以下几个方面： 1、对国内外研究现状进行了总结。首先，介绍了柔性立管的结构组成，对各部分的结构特点和功能作用进行了说明。然后，介绍了柔性立管设计流程中两个关键问题：总体响应分析和截面力学特性分析，并分别系统的论述了其研究进展； 2、基于静力平衡、变形协调以及本构关系，推导出了柔性立管轴对称响应理论模型。并在数值软件中建立某柔性立管算例的数值模型。基于理论模型和数值模型分析了算例在拉伸、扭转以及内外压作用下的结构响应，并将计算结果与实验结果进行了对比分析； 3、根据铠装层在柔性立管弯曲过程中不同的滑移情况，将柔性立管的弯曲响应分为三种状态：粘结状态、部分滑移状态和全滑移状态。根据不同的滑移状态，基于能量法推导出了柔性立管弯曲响应的理论模型。并在数值软件中建立两个柔性立管的数值模型算例。基于理论模型和数值模型分析了算例在不同内压、外压和轴向力作用下的弯曲响应，并将计算结果与实验结果进行了对比分析； 4、基于数值软件Ocraflex计算并对比了悬链线和缓波形两种布局形态下柔性立管的总体静态和动态响应结果，并讨论了浮子段长度、浮力因子和浮力块起始位置对缓波形柔性立管总体响应的影响； 5、介绍了柔性立管疲劳寿命的计算流程，并计算了某柔性立管的疲劳寿命。首先根据环境参数设计了疲劳海况，然后基于Ocraflex计算了柔性立管在疲劳海况下的总体响应，基于总体响应结果选取了用于疲劳分析的疲劳热点。采用Bflex软件计算柔性立管铠装层截面应力与载荷的关系曲线，以截面应力曲线作为数据库，计算疲劳关键点在载荷时历下的应力时历，并利用雨流计数法对应力时历进行计数统计，，最后基于SN曲线法计算了柔性立管的疲劳寿命。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P756.2

【参考文献】

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1 姜豪;杨和振;刘昊;;深海非粘结柔性立管简化模型数值分析及实验研究[J];中国舰船研究;2013年01期

2 黄维平;李华军;;深水开发的新型立管系统——钢悬链线立管(SCR)[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2006年05期

本文编号：1285628