深水立管非线性静力/动力响应数值研究及铺管安全评估
发布时间：2021-06-06 11:33
海洋油气资源作为目前世界上重要的能源形式,在社会经济发展中发挥着越来越重要的作用。而海洋立管作为海洋油气开发系统的重要组成部分,是油气运输的最为经济有效的方式。随着海洋油气工程不断向深海区域发展,深水立管面临着越来越大的挑战:复杂海洋环境条件、显著浮式结构动力响应以及管土相互耦合作用等。本文首先从解析和数值角度分别提出针对深水缓波型立管和陡波型立管的二维静力分析基本理论,建立合理的缓波型立管和陡波型立管数值计算模型,系统研究海流水动力荷载作用下深水立管的静力特性及其影响因素。然后通过改进细长杆理论模型提出适用于不同立管构型的三维静力/动力响应数值计算模型,深入研究柔性管弯曲滞回特性以及防弯器约束对立管运动响应的影响作用。最后,以舟山海上浮式平台“华家池”号所处海域作为研究背景,实地采集该海域的真实海洋环境数据,研究柔性管海上铺设作业的运动响应特征,系统地建立一套复杂海洋环境下立管铺设安装安全评估的理论研究体系,主要研究工作可以概述为以下几个方面:（1）基于深水缓波型立管（Lazy wave riser）不同管段受力特性进行分段力学分析,采用悬链线法和线性梁理论的组合方法建立综合考虑海流...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：210 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１水下生产系统海洋立管布置??１．２海洋立管分类和布置构型??
柔性管具有耐腐蚀性、柔韧性好、重量较轻、可回收利用、安装方便以及施工成??本低等诸多优点，广泛应用于深海油气开发。目前，正在服役的海洋立管中，大约有??８５％的海洋立管选用柔性立管［７］。柔性管内部有多层结构组成，大致可以分为粘结柔??性管（Ｂｏｎｄｅｄ?Ｆｌｅｘｉｂｌｅ?Ｐｉｐｅｓ）和非枯结柔性管（Ｕｎｂｏｎｄｅｄ?Ｆｌｅｘｉｂｌｅ?Ｐｉｐｅｓ）。图?１．２?和图??１．３分别为典型粘结柔性管和非粘结柔性管横截面结构。其中，粘结柔性管由织物、??弹性纤维和钢材等各层结构通过压出、成型等物理方法挤压成一体，然后经硫化作用??粘合在一起制造而成的，一般适用于短节管，如跨接管等；非粘结柔性管由多层同轴??的聚合物层和金属铠装层复合而成，主要包含骨架、聚合物内护套、耐压铠装、张力??铠装和聚合物外护套五个组成部分［５］。目前国际上从事非粘结柔性管生产的企业主要??有Ｗｅ】ｌｓｔｒｅａｍ、ＮＫＴ、Ｔｅｃｈｎｉｐ以及Ｄｅｅｐｆｌｅｘ等公司，而从事枯结柔性管生产的企业??只有?Ｄｕｎｌｏｐ?Ｏｉｌ?＆?Ｍａｒｉｎｅ?Ｌｔｄ?公司丨８］。??
柔性管具有耐腐蚀性、柔韧性好、重量较轻、可回收利用、安装方便以及施工成??本低等诸多优点，广泛应用于深海油气开发。目前，正在服役的海洋立管中，大约有??８５％的海洋立管选用柔性立管［７］。柔性管内部有多层结构组成，大致可以分为粘结柔??性管（Ｂｏｎｄｅｄ?Ｆｌｅｘｉｂｌｅ?Ｐｉｐｅｓ）和非枯结柔性管（Ｕｎｂｏｎｄｅｄ?Ｆｌｅｘｉｂｌｅ?Ｐｉｐｅｓ）。图?１．２?和图??１．３分别为典型粘结柔性管和非粘结柔性管横截面结构。其中，粘结柔性管由织物、??弹性纤维和钢材等各层结构通过压出、成型等物理方法挤压成一体，然后经硫化作用??粘合在一起制造而成的，一般适用于短节管，如跨接管等；非粘结柔性管由多层同轴??的聚合物层和金属铠装层复合而成，主要包含骨架、聚合物内护套、耐压铠装、张力??铠装和聚合物外护套五个组成部分［５］。目前国际上从事非粘结柔性管生产的企业主要??有Ｗｅ】ｌｓｔｒｅａｍ、ＮＫＴ、Ｔｅｃｈｎｉｐ以及Ｄｅｅｐｆｌｅｘ等公司，而从事枯结柔性管生产的企业??只有?Ｄｕｎｌｏｐ?Ｏｉｌ?＆?Ｍａｒｉｎｅ?Ｌｔｄ?公司丨８］。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性立管线型分析与铺设要点研究[J]. 薛士辉,彭勇,刘作榆,陈晓东,张亚雷. 中国新技术新产品. 2016(09)
[2]深海输油管道S型铺设奇异摄动分析[J]. 杜宝江,李传磊,邵国森,张钊,李建国. 中国水运(下半月). 2016(04)
[3]管土接触作用下埋地管道力学分析[J]. 杨辉,王婷,雷铮强,李明菲,玄文博,王富祥,陈健. 石油矿场机械. 2015(07)
[4]深海S-lay铺设大直径薄壁管道的奇异摄动分析[J]. 韩强,汪志钢,张永强,陶旭. 华南理工大学学报(自然科学版). 2015(06)
[5]海洋立管涡激振动模型的实验验证[J]. 郭海燕,牛建杰,李效民,张莉,王飞. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2015(06)
[6]钢悬链线立管与海床相互作用小尺寸三维试验研究[J]. 姚锐,白兴兰,谢永和. 海洋工程. 2015(03)
[7]卷管铺设的海管曲率模型及残余应力计算[J]. 张九菊,段梦兰,胡显伟. 海洋工程. 2015(03)
[8]刚体有限元方法改进及其在风力机动力学中的应用[J]. 张丰豪,何榕. 清华大学学报(自然科学版). 2014(02)
[9]不同布缆方式锚碇沉管管段运动的数值模拟[J]. 杨璨,王永学,左卫广. 海洋工程. 2014(01)
[10]深海钢悬链立管管土相互作用研究进展[J]. 梁勇,金志江,叶皓,颜孙挺. 船舶工程. 2013(06)
博士论文
[1]深水柔性构件非线性动力响应研究[D]. 马刚.哈尔滨工程大学 2014
[2]水下生产系统脐带缆的结构设计与验证[D]. 卢青针.大连理工大学 2013
[3]钢悬链式立管疲劳损伤分析[D]. 高云.大连理工大学 2011
[4]深海浮式结构物系泊系统的非线性时域分析[D]. 袁梦.上海交通大学 2011
[5]带式输送机柔性多体动力学分析方法研究[D]. 王繁生.中国矿业大学 2010
硕士论文
[1]海洋非金属管道在位稳性数值模拟及可靠性设计[D]. 许卫平.浙江大学 2015
[2]动态海洋柔性立管的涡激振动模型实验分析研究[D]. 王君鲜.中国海洋大学 2014
[3]海洋柔性立管防弯器设计研究[D]. 孙凯.大连理工大学 2014
[4]柔性立管静态构型分析及防弯器设计[D]. 姬鸾.大连理工大学 2013
[5]热塑性复合材料增强管海上铺设安装方法研究[D]. 唐继蔚.哈尔滨工程大学 2013
[6]海洋动态柔性立管附件设计与分析[D]. 李博.大连理工大学 2011
[7]深水柔性立管非线性静动力分析[D]. 陈海飞.中国海洋大学 2011
[8]海洋非粘结柔性管线的横截面力学性能分析[D]. 陈耕.哈尔滨工程大学 2011
[9]波流作用下立管的非线性动力响应分析[D]. 朱为全.中国石油大学 2009
[10]基于有限刚体元方法的微扑翼飞行器柔性翅翼建模与分析[D]. 王艳秋.西南交通大学 2009
本文编号：3214299
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：210 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１水下生产系统海洋立管布置??１．２海洋立管分类和布置构型??
柔性管具有耐腐蚀性、柔韧性好、重量较轻、可回收利用、安装方便以及施工成??本低等诸多优点，广泛应用于深海油气开发。目前，正在服役的海洋立管中，大约有??８５％的海洋立管选用柔性立管［７］。柔性管内部有多层结构组成，大致可以分为粘结柔??性管（Ｂｏｎｄｅｄ?Ｆｌｅｘｉｂｌｅ?Ｐｉｐｅｓ）和非枯结柔性管（Ｕｎｂｏｎｄｅｄ?Ｆｌｅｘｉｂｌｅ?Ｐｉｐｅｓ）。图?１．２?和图??１．３分别为典型粘结柔性管和非粘结柔性管横截面结构。其中，粘结柔性管由织物、??弹性纤维和钢材等各层结构通过压出、成型等物理方法挤压成一体，然后经硫化作用??粘合在一起制造而成的，一般适用于短节管，如跨接管等；非粘结柔性管由多层同轴??的聚合物层和金属铠装层复合而成，主要包含骨架、聚合物内护套、耐压铠装、张力??铠装和聚合物外护套五个组成部分［５］。目前国际上从事非粘结柔性管生产的企业主要??有Ｗｅ】ｌｓｔｒｅａｍ、ＮＫＴ、Ｔｅｃｈｎｉｐ以及Ｄｅｅｐｆｌｅｘ等公司，而从事枯结柔性管生产的企业??只有?Ｄｕｎｌｏｐ?Ｏｉｌ?＆?Ｍａｒｉｎｅ?Ｌｔｄ?公司丨８］。??
柔性管具有耐腐蚀性、柔韧性好、重量较轻、可回收利用、安装方便以及施工成??本低等诸多优点，广泛应用于深海油气开发。目前，正在服役的海洋立管中，大约有??８５％的海洋立管选用柔性立管［７］。柔性管内部有多层结构组成，大致可以分为粘结柔??性管（Ｂｏｎｄｅｄ?Ｆｌｅｘｉｂｌｅ?Ｐｉｐｅｓ）和非枯结柔性管（Ｕｎｂｏｎｄｅｄ?Ｆｌｅｘｉｂｌｅ?Ｐｉｐｅｓ）。图?１．２?和图??１．３分别为典型粘结柔性管和非粘结柔性管横截面结构。其中，粘结柔性管由织物、??弹性纤维和钢材等各层结构通过压出、成型等物理方法挤压成一体，然后经硫化作用??粘合在一起制造而成的，一般适用于短节管，如跨接管等；非粘结柔性管由多层同轴??的聚合物层和金属铠装层复合而成，主要包含骨架、聚合物内护套、耐压铠装、张力??铠装和聚合物外护套五个组成部分［５］。目前国际上从事非粘结柔性管生产的企业主要??有Ｗｅ】ｌｓｔｒｅａｍ、ＮＫＴ、Ｔｅｃｈｎｉｐ以及Ｄｅｅｐｆｌｅｘ等公司，而从事枯结柔性管生产的企业??只有?Ｄｕｎｌｏｐ?Ｏｉｌ?＆?Ｍａｒｉｎｅ?Ｌｔｄ?公司丨８］。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性立管线型分析与铺设要点研究[J]. 薛士辉,彭勇,刘作榆,陈晓东,张亚雷. 中国新技术新产品. 2016(09)
[2]深海输油管道S型铺设奇异摄动分析[J]. 杜宝江,李传磊,邵国森,张钊,李建国. 中国水运(下半月). 2016(04)
[3]管土接触作用下埋地管道力学分析[J]. 杨辉,王婷,雷铮强,李明菲,玄文博,王富祥,陈健. 石油矿场机械. 2015(07)
[4]深海S-lay铺设大直径薄壁管道的奇异摄动分析[J]. 韩强,汪志钢,张永强,陶旭. 华南理工大学学报(自然科学版). 2015(06)
[5]海洋立管涡激振动模型的实验验证[J]. 郭海燕,牛建杰,李效民,张莉,王飞. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2015(06)
[6]钢悬链线立管与海床相互作用小尺寸三维试验研究[J]. 姚锐,白兴兰,谢永和. 海洋工程. 2015(03)
[7]卷管铺设的海管曲率模型及残余应力计算[J]. 张九菊,段梦兰,胡显伟. 海洋工程. 2015(03)
[8]刚体有限元方法改进及其在风力机动力学中的应用[J]. 张丰豪,何榕. 清华大学学报(自然科学版). 2014(02)
[9]不同布缆方式锚碇沉管管段运动的数值模拟[J]. 杨璨,王永学,左卫广. 海洋工程. 2014(01)
[10]深海钢悬链立管管土相互作用研究进展[J]. 梁勇,金志江,叶皓,颜孙挺. 船舶工程. 2013(06)
博士论文
[1]深水柔性构件非线性动力响应研究[D]. 马刚.哈尔滨工程大学 2014
[2]水下生产系统脐带缆的结构设计与验证[D]. 卢青针.大连理工大学 2013
[3]钢悬链式立管疲劳损伤分析[D]. 高云.大连理工大学 2011
[4]深海浮式结构物系泊系统的非线性时域分析[D]. 袁梦.上海交通大学 2011
[5]带式输送机柔性多体动力学分析方法研究[D]. 王繁生.中国矿业大学 2010
硕士论文
[1]海洋非金属管道在位稳性数值模拟及可靠性设计[D]. 许卫平.浙江大学 2015
[2]动态海洋柔性立管的涡激振动模型实验分析研究[D]. 王君鲜.中国海洋大学 2014
[3]海洋柔性立管防弯器设计研究[D]. 孙凯.大连理工大学 2014
[4]柔性立管静态构型分析及防弯器设计[D]. 姬鸾.大连理工大学 2013
[5]热塑性复合材料增强管海上铺设安装方法研究[D]. 唐继蔚.哈尔滨工程大学 2013
[6]海洋动态柔性立管附件设计与分析[D]. 李博.大连理工大学 2011
[7]深水柔性立管非线性静动力分析[D]. 陈海飞.中国海洋大学 2011
[8]海洋非粘结柔性管线的横截面力学性能分析[D]. 陈耕.哈尔滨工程大学 2011
[9]波流作用下立管的非线性动力响应分析[D]. 朱为全.中国石油大学 2009
[10]基于有限刚体元方法的微扑翼飞行器柔性翅翼建模与分析[D]. 王艳秋.西南交通大学 2009
本文编号：3214299
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