海洋柔性立管线型基本设计方法研究
发布时间：2022-01-11 03:35
海洋柔性管道常常悬挂于浮体之下,以立管形式进行服役或铺设。此时,柔性管道不仅需承受管道自身、内部输送流体以及附属构件的重力、浮力等功能性荷载,还会受到波浪、流、浮体运动等环境荷载的作用,可能出现过度拉伸、弯曲、疲劳,以及与其他物体碰撞等失效。因此,需要将给定的柔性管道设计成一定的几何形态,布置于水下空间,并借助附属构件对立管的整体形态和局部变形进行控制,以避免发生上述失效,此项工作称之为“线型设计”。我国的柔性立管线型设计长期依赖国外公司,不仅设计成本高昂,而且制约了相关行业的发展。在国家“十二五”863项目——“柔性海底管道关键技术研究”（2012AA09A212）的支持下,论文系统研究并掌握了柔性立管线型和附属构件基本设计、详细分析的理论与实现方法。柔性立管线型的基本设计是确定立管空间布局、整体几何参数,并对附属构件提出需求的关键环节。目前工程界常用试算法进行上述设计,即依据类似工程经验初步给出上述关键设计参数,再针对各类可能失效模式进行校核;若设计不满足所有的失效准则要求,则返回修改设计参数,直至获得可行设计。随着柔性立管应用向超深水（水深≥1500m）、极浅水（水深≤50m）不...
【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】：195 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
粘结型与非粘结型海洋柔性管道Fig.1.2Bondedandunbondedflexiblemarinepipe
海洋柔性立管设计的主要特点是需要考虑复杂的海洋环境，因此它以结构设计为主，??主要包含：１）考虑管道制造、存储、运输、测试、安装、在位作业、维修等荷载工况（如??图１．３所示）进行的截面设计［１４］；?２）基于已有管道，考虑柔性立管的在位服役或安装工??况，实现管道安全应用的线型设计。??来澤?Ｃｈａｒｌｅｓ?１?ａｙｌｏｒ?ｅｎｅｒｇｙ?ｉｃｃｈｍｐ．ｃｏｎｉ??５５源．ｈｕ丨ｗｉａｎｃｑｕ丨ｐｍｅｎ丨?ｘｏｎｔ?Ｓｔｉｐ．．?４ｍｔＭｃａ．ｃｏｍ??图１．３柔性立管的制造、存储、安装与在位??Ｆｉｇ．?１．３?Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，?ｓｔｏｒａｇｅ，?ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｉｎ－ｓｅｒｖｉｃｅ?ｏｆ?ｆｌｅｘｉｂｌｅ?ｒｉｓｅｒｓ??柔性立管线型设计主要任务是设计管道在水下空间的布局与几何参数，并通过施加??一定浮力附件使形成一段或多段悬链线的松驰形态，通过顺应浮体运动来避免柔性管道??发生拉断、过度弯曲、屈曲等失效。常用的柔性立管线型有如下五种：自由悬链线型（ｆｉｅｅ??ｈａｎｇｉｎｇ?ｃａｔｅｎａｒｙ）、缓波型（ｌａｚｙｗａｖｅ）、陡波型（ｓｔｅｅｐｗａｖｅ）、缓Ｓ?型（ｌａｚｙ?Ｓ）和??陡Ｓ型（ｓｔｅｅｐＳ）?［１３］。此外，顺应波型（ｐｌｉａｎｔ?ｗａｖｅ）也是常见线型，例如中国南海流??花ＩＩ一?１平台下的立管线型［１５］。显然，不同的线型使用了不同的附属构件（以下简称“附??件”）来提供浮力和约束。??－３－??
ＦｒｅｅＨｎｎｇｍｇ?Ｌａｚ，?Ｗａｖｅ?Ｓｔｅｅｐ?＾?ａｖｅ??Ｃａｔｅｎａｒｙ??．鬥??７?ｉ￣￣ｉ?．严￣￣７?ｒ－ｉ?＿．？?１??ｍｕ—??Ｌｎｚｙ－Ｓ?Ｓｔｅ＾ｐ－Ｓ?ＰＵａｎｒ?Ｗａｖｅ！??图１．４柔性立管的常见线型［１６］??Ｆｉｇ．?１．４?Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｆｌｅｘｉｂｌｅ?ｒｉｓｅｒｓ??浮力附件（通常称为“浮筒”）一般有分布式和集中式两类。分布式浮筒用于形形态线型，一般使用聚氨酯泡沫或环氧树脂复合泡沫材料提供浮力，在深水应用时玻璃微珠増强其承压能力［１７，１Ｓ］。集中式浮筒用于形成Ｓ形线型，其浮力主要由金属制成的浮力舱或复合泡沫材料制成的浮力模块提供［１９］。可以说，浮筒是从整体上改管线型的关键附件。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶融资租赁案例分析——以“海洋石油289”船为例[J]. 石勇. 财会学习. 2016(15)
[2]基于计算试验设计与代理模型的飞行器近似优化策略探讨[J]. 龙腾,刘建,WANG G Gary,刘莉,史人赫,郭晓松. 机械工程学报. 2016(14)
[3]中国海洋强国的理论与实践[J]. 王芳. 中国工程科学. 2016(02)
[4]基于OrcaFlex软件的柔性管缆正常铺设计算分析[J]. 孙锟,李雪松,陈晓东,石锦坤. 海洋工程装备与技术. 2016(02)
[5]Coupled Element Modeling Scheme for the Global Dynamic Analysis of Unbonded Flexible Risers[J]. 杨和振,姜豪,杨启,丁金鸿. Journal of Shanghai Jiaotong University（Science）. 2015(02)
[6]海底柔性管道的安装及应用[J]. 石磊,李文年. 管道技术与设备. 2014(01)
[7]浮式平台水下电缆(立管)快速解脱及存储技术研究[J]. 冒家友,原庆东,范志锋. 船海工程. 2013(06)
[8]柔性管Reel-lay铺管安装稳定性分析[J]. 白勇,唐继蔚,余彬彬,阮伟东,闫会宾. 海洋工程. 2013(06)
[9]海底柔性管道铺设系统动力学分析及实验研究[J]. 毕国军,刘军,房晓明,王立权. 哈尔滨工程大学学报. 2013(06)
[10]基于拓展多尺度有限元的点阵材料结构最小柔顺性设计[J]. 阎军,胡文波,段尊义. 固体力学学报. 2013(01)
博士论文
[1]深水柔性立管及附件设计的关键力学问题研究[D]. 汤明刚.大连理工大学 2015
[2]深水S型铺设托管架基本设计关键力学问题研究[D]. 张向锋.大连理工大学 2014
[3]深水浮式结构与系泊/立管系统的全时域非线性耦合动态分析[D]. 杨敏冬.大连理工大学 2012
硕士论文
[1]浅水柔性立管线型设计与顺应性研究[D]. 邹科.大连理工大学 2015
[2]考虑温度场效应的脐带缆截面结构设计与优化[D]. 马国君.大连理工大学 2015
[3]深水柔性立管抗疲劳设计关键力学问题研究[D]. 杨婵.大连理工大学 2015
[4]海洋柔性立管防弯器设计研究[D]. 孙凯.大连理工大学 2014
[5]海底柔性管道铺设设计与分析技术研究[D]. 邹景涛.大连理工大学 2014
[6]海洋柔性管缆水下附属浮力装备的设计研究[D]. 吕东.大连理工大学 2014
[7]深水脐带缆四履带张紧器结构设计与关键技术研究[D]. 于博泉.哈尔滨工程大学 2013
[8]面向目标油田的动态管缆线型设计与分析[D]. 刘小艳.大连理工大学 2012
[9]柔性立管钟型嘴设计及分析[D]. 宋夏.上海交通大学 2012
[10]软管铺设系统结构设计与动力学仿真[D]. 林召梅.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：3582006
【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】：195 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
粘结型与非粘结型海洋柔性管道Fig.1.2Bondedandunbondedflexiblemarinepipe
海洋柔性立管设计的主要特点是需要考虑复杂的海洋环境，因此它以结构设计为主，??主要包含：１）考虑管道制造、存储、运输、测试、安装、在位作业、维修等荷载工况（如??图１．３所示）进行的截面设计［１４］；?２）基于已有管道，考虑柔性立管的在位服役或安装工??况，实现管道安全应用的线型设计。??来澤?Ｃｈａｒｌｅｓ?１?ａｙｌｏｒ?ｅｎｅｒｇｙ?ｉｃｃｈｍｐ．ｃｏｎｉ??５５源．ｈｕ丨ｗｉａｎｃｑｕ丨ｐｍｅｎ丨?ｘｏｎｔ?Ｓｔｉｐ．．?４ｍｔＭｃａ．ｃｏｍ??图１．３柔性立管的制造、存储、安装与在位??Ｆｉｇ．?１．３?Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，?ｓｔｏｒａｇｅ，?ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｉｎ－ｓｅｒｖｉｃｅ?ｏｆ?ｆｌｅｘｉｂｌｅ?ｒｉｓｅｒｓ??柔性立管线型设计主要任务是设计管道在水下空间的布局与几何参数，并通过施加??一定浮力附件使形成一段或多段悬链线的松驰形态，通过顺应浮体运动来避免柔性管道??发生拉断、过度弯曲、屈曲等失效。常用的柔性立管线型有如下五种：自由悬链线型（ｆｉｅｅ??ｈａｎｇｉｎｇ?ｃａｔｅｎａｒｙ）、缓波型（ｌａｚｙｗａｖｅ）、陡波型（ｓｔｅｅｐｗａｖｅ）、缓Ｓ?型（ｌａｚｙ?Ｓ）和??陡Ｓ型（ｓｔｅｅｐＳ）?［１３］。此外，顺应波型（ｐｌｉａｎｔ?ｗａｖｅ）也是常见线型，例如中国南海流??花ＩＩ一?１平台下的立管线型［１５］。显然，不同的线型使用了不同的附属构件（以下简称“附??件”）来提供浮力和约束。??－３－??
ＦｒｅｅＨｎｎｇｍｇ?Ｌａｚ，?Ｗａｖｅ?Ｓｔｅｅｐ?＾?ａｖｅ??Ｃａｔｅｎａｒｙ??．鬥??７?ｉ￣￣ｉ?．严￣￣７?ｒ－ｉ?＿．？?１??ｍｕ—??Ｌｎｚｙ－Ｓ?Ｓｔｅ＾ｐ－Ｓ?ＰＵａｎｒ?Ｗａｖｅ！??图１．４柔性立管的常见线型［１６］??Ｆｉｇ．?１．４?Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｆｌｅｘｉｂｌｅ?ｒｉｓｅｒｓ??浮力附件（通常称为“浮筒”）一般有分布式和集中式两类。分布式浮筒用于形形态线型，一般使用聚氨酯泡沫或环氧树脂复合泡沫材料提供浮力，在深水应用时玻璃微珠増强其承压能力［１７，１Ｓ］。集中式浮筒用于形成Ｓ形线型，其浮力主要由金属制成的浮力舱或复合泡沫材料制成的浮力模块提供［１９］。可以说，浮筒是从整体上改管线型的关键附件。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶融资租赁案例分析——以“海洋石油289”船为例[J]. 石勇. 财会学习. 2016(15)
[2]基于计算试验设计与代理模型的飞行器近似优化策略探讨[J]. 龙腾,刘建,WANG G Gary,刘莉,史人赫,郭晓松. 机械工程学报. 2016(14)
[3]中国海洋强国的理论与实践[J]. 王芳. 中国工程科学. 2016(02)
[4]基于OrcaFlex软件的柔性管缆正常铺设计算分析[J]. 孙锟,李雪松,陈晓东,石锦坤. 海洋工程装备与技术. 2016(02)
[5]Coupled Element Modeling Scheme for the Global Dynamic Analysis of Unbonded Flexible Risers[J]. 杨和振,姜豪,杨启,丁金鸿. Journal of Shanghai Jiaotong University（Science）. 2015(02)
[6]海底柔性管道的安装及应用[J]. 石磊,李文年. 管道技术与设备. 2014(01)
[7]浮式平台水下电缆(立管)快速解脱及存储技术研究[J]. 冒家友,原庆东,范志锋. 船海工程. 2013(06)
[8]柔性管Reel-lay铺管安装稳定性分析[J]. 白勇,唐继蔚,余彬彬,阮伟东,闫会宾. 海洋工程. 2013(06)
[9]海底柔性管道铺设系统动力学分析及实验研究[J]. 毕国军,刘军,房晓明,王立权. 哈尔滨工程大学学报. 2013(06)
[10]基于拓展多尺度有限元的点阵材料结构最小柔顺性设计[J]. 阎军,胡文波,段尊义. 固体力学学报. 2013(01)
博士论文
[1]深水柔性立管及附件设计的关键力学问题研究[D]. 汤明刚.大连理工大学 2015
[2]深水S型铺设托管架基本设计关键力学问题研究[D]. 张向锋.大连理工大学 2014
[3]深水浮式结构与系泊/立管系统的全时域非线性耦合动态分析[D]. 杨敏冬.大连理工大学 2012
硕士论文
[1]浅水柔性立管线型设计与顺应性研究[D]. 邹科.大连理工大学 2015
[2]考虑温度场效应的脐带缆截面结构设计与优化[D]. 马国君.大连理工大学 2015
[3]深水柔性立管抗疲劳设计关键力学问题研究[D]. 杨婵.大连理工大学 2015
[4]海洋柔性立管防弯器设计研究[D]. 孙凯.大连理工大学 2014
[5]海底柔性管道铺设设计与分析技术研究[D]. 邹景涛.大连理工大学 2014
[6]海洋柔性管缆水下附属浮力装备的设计研究[D]. 吕东.大连理工大学 2014
[7]深水脐带缆四履带张紧器结构设计与关键技术研究[D]. 于博泉.哈尔滨工程大学 2013
[8]面向目标油田的动态管缆线型设计与分析[D]. 刘小艳.大连理工大学 2012
[9]柔性立管钟型嘴设计及分析[D]. 宋夏.上海交通大学 2012
[10]软管铺设系统结构设计与动力学仿真[D]. 林召梅.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：3582006
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