柔性立管静态构型分析及防弯器设计

发布时间：2021-09-25 07:18

　　在海洋石油工业中,深海采油已经成为主流。随着平台及FPSO工作水深的增加,海洋柔性立管以其对深水环境良好的适应性,得到了广泛的应用。由于深水柔性立管的布置缺乏实际的工程经验和有效的布置参数,对其结构形态进行简要分析就变得十分重要。在柔性立管的使用过程中,由于立管和平台的连接处的刚度不连续,容易在此处发生应力集中和过度弯曲现象,通过在该部位加装防弯器可以防止该现象的发生,保证平台安全生产。防弯器是立管整体结构中的重要部分,而迄今为止,国内还没有对防弯器的结构设计做过相关研究。本文采用集中质量法对柔性立管进行静态构型分析,对典型的集中质量模型进行修改,将弯矩转化为结构内力施加在节点上,考虑了抗弯刚度在柔性立管变形过程中的影响。应用悬链线理论将柔性立管的边界条件和边界值之间进行转换,将位移边界条件转换为力的边界条件。采用该模型对悬链线型式布置的柔性立管和柔性跨接管进行分析,发现考虑了抗弯刚度之后的结构整体横向位移受到限制,单元的弯矩减小,在悬挂张力和悬挂角度相同的情况下,单元内部的张力减小。同时,本文还对柔性立管的重要附件——防弯器进行了分析。采用基于进化策略的优化算法,对防弯器进行了优化设... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 柔性立管及防弯器简介
        1.2.1 柔性立管
        1.2.2 防弯器
    1.3 国外研究研究历史及现状
        1.3.1 柔性立管结构模型
        1.3.2 防弯器优化方法
    1.4 本文研究内容
2 柔性立管静态构型分析理论研究
    2.1 柔性立管布置型式
        2.1.1 传统柔性立管布置型式
        2.1.2 新型柔性立管布置型式
    2.2 集中质量法物理模型
    2.3 集中质量法建立柔性立管模型
        2.3.1 静态张力计算
        2.3.2 柔性立管的浮力计算
    2.4 立管环境载荷
        2.4.1 波浪载荷
        2.4.2 流载荷
        2.4.3 波浪和海流相互作用
    2.5 柔性立管的静态构型
        2.5.1 柔性立管静力平衡方程
        2.5.2 牛顿法求解静力平衡方程
    2.6 柔性立管的静态构型和边界条件
        2.6.1 柔性立管悬挂长度
        2.6.2 柔性立管的悬挂张力
    2.7 本章小结
3 柔性立管静态构型分析
    3.1 柔性立管的弯矩作用
    3.2 柔性立管单元弯矩的计算
        3.2.1 柔性立管单元曲率的计算
        3.2.2 柔性立管弯矩分布
    3.3 弯矩引起的系统内力
    3.4 考虑单元弯矩的平衡方程
    3.5 柔性立管静态构型分析算例
        3.5.1 简单悬链线静态构型分析
        3.5.2 柔性跨接管静态构型分析
    3.6 本章小结
4 柔性立管防弯器优化设计
    4.1 设计要求
        4.1.1 防弯器材料设计
        4.1.2 设计要求
    4.2 防弯器结构计算方法
    4.3 防弯器结构优化
        4.3.1 遗传算法
        4.3.2 进化规则
        4.3.3 进化策略优化算法
    4.4 几种进化策略介绍
        4.4.1 早期进化策略算法
        4.4.2 (u,λ)～ES和(u+λ)～ES算法
    4.5 进化策略在防弯器优化中的具体实现
        4.5.1 优化方法的选取
        4.5.2 优化参数的选取
        4.5.3 优化具体过程
    4.6 优化计算实例及结果分析
        4.6.1 优化程序正确性检验
        4.6.2 优化效果分析
    4.7 本章结论
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3409322