深水立管柔性接头弹性体结构设计及疲劳特性分析
发布时间：2022-08-06 19:08
随着深水油气资源开发脚步的加快,迫切需要研发具有自主知识产权的深水油气装备。钢悬链立管（Steel Catenary Riser,SCR）是进行深水资源开发的关键设备之一,其结构形式与服役环境为设计、制造、安装和使用带来了挑战。柔性接头是连接SCR与浮式平台的关键部件,能够显著降低浮式平台与SCR之间的运动应力,可适应不同的连接方式。国外己有比较成熟的柔性接头技术,国内还仅仅停留在理论研究阶段,为掌握柔性接头的相关技术,增强我国深水油气装备与技术,本文针对1000m水深SCR柔性接头开展相关研究工作,主要工作如下:（1）采用悬链线方程对SCR进行静力计算,得到SCR顶端张力与弯矩,为柔性接头的设计提供载荷条件。利用有限元软件ABAQUS对SCR进行动力计算,采用梁单元模拟SCR,AQUA模块加载波流环境载荷,得到SCR顶端张力与弯矩时程曲线,为柔性接头的疲劳分析提供载荷条件。（2）开展橡胶材料基础力学试验,获得了橡胶材料的应力-应变关系曲线。在此基础上,拟合橡胶材料的本构模型,并通过对比分析不同橡胶材料的本构模型,选择最优的本构模型,为柔性接头的结构设计提供的材料参数。（3）详细分析了...
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
学位论文数据集
摘要
abstract
符号说明
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 柔性接头国内外研究现状
1.3 课题来源及研究主要内容
1.3.1 课题来源
1.3.2 主要研究内容
第二章 钢悬链线立管整体力学行为分析
2.1 钢悬链线立管的计算分析方法
2.1.1 静态分析方法
2.1.2 动态分析方法
2.2 钢悬链线立管载荷条件分析
2.2.1 钢悬链线立管载荷分类
2.2.2 波浪载荷
2.2.3 海流载荷
2.2.4 波流联合载荷
2.3 钢悬链线立管静力计算
2.3.1 悬链线的基本方程
2.3.2 钢悬链线立管弯矩计算
2.3.3 钢悬链线立管算例
2.4 钢悬链线立管模型动力计算
2.4.1 SCR有限元模型
2.4.2 定义边界条件与载荷
2.4.3 计算结果分析
2.5 本章小结
第三章 橡胶材料力学性能研究
3.1 典型的橡胶材料超弹性本构模型
3.1.1 基于唯象理论模型
3.1.2 基于热力学统计理论
3.2 橡胶材料的基础力学性能试验
3.2.1 单轴拉伸实验
3.2.2 单轴压缩试验
3.2.3 橡胶材料基础力学性能试验数据处理
3.3 橡胶材料本构模型参数拟合
3.4 本章小结
第四章 柔性接头弹性体结构设计
4.1 柔性接头结构分析
4.2 弹性体角刚度及剪切应变方程
4.3 基于正交试验设计法的弹性体设计方案
4.3.1 正交试验设计法
4.3.2 弹性体正交试验设计方案
4.4 弹性体有限元计算分析
4.4.1 弹性体有限元模型
4.4.2 材料属性定义
4.4.3 载荷和边界条件定义
4.4.4 弹性体网格划分
4.4.5 柔性接头弹性体的非线性静力分析结果
4.5 本章小结
第五章 弹性体疲劳特性分析
5.1 弹性体疲劳分析技术路线
5.2 弹性体动力计算分析
5.3 弹性体疲劳特性分析方法
5.3.1 能量分析法理论基础
5.3.2 橡胶材料撕裂能试验数据
5.3.3 橡胶材料S-N曲线计算
5.4 弹性体疲劳特性分析
5.4.1 弹性体材料疲劳性能数据库定义
5.4.2 弹性体疲劳特性结果分析
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
附录
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]ABAQUS橡胶材料在汽车护罩仿真中的应用[J]. 徐英. 汽车零部件. 2014(06)
[2]深水立管顶端柔性节点疲劳寿命预测[J]. 郑辉,金鑫,李成钢,韦卓. 海洋技术. 2013(04)
[3]FE-SAFE在起重机安全评价中的应用[J]. 胡静波,倪大进. 建筑机械. 2013(23)
[4]南海争议区油气资源开发方式探索[J]. 李林,李雪,许浩. 产业与科技论坛. 2013(16)
[5]深水立管顶端柔性节点结构设计[J]. 李成钢,金鑫,张敬安,姜华. 石油矿场机械. 2013(07)
[6]简析万有引力下的潮汐现象[J]. 张婷. 成都航空职业技术学院学报. 2013(01)
[7]基于飞行测量的弹性轴承试验载荷谱修正和寿命评估方法[J]. 王建,秦瑞芬,吴艳霞. 直升机技术. 2013(01)
[8]深水立管顶端柔性节点设计及非线性分析[J]. 刘培林,金鑫,段梦兰,何杨. 中国海洋平台. 2012(05)
[9]深水立管锥形应力节点选型设计研究[J]. 周灿丰,焦向东,曹静,沙勇. 中国造船. 2011(S1)
[10]一种橡胶弹性元件疲劳寿命预测方法的研究[J]. 刘建勋,黄友剑,刘柏兵,卜继玲. 电力机车与城轨车辆. 2011(03)
博士论文
[1]叠层橡胶支座力学性能和高架桥及高层隔震结构地震响应研究[D]. 苏键.湖南大学 2012
[2]橡胶钢双材料非线性有限元分析及破坏机理研究[D]. 李晓芳.福州大学 2006
硕士论文
[1]滑移跷板式开关结构有限元分析及参数优化[D]. 瞿芳.南京理工大学 2008
[2]深海钢悬链线立管的分析与设计[D]. 董永强.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3670201
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
学位论文数据集
摘要
abstract
符号说明
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 柔性接头国内外研究现状
1.3 课题来源及研究主要内容
1.3.1 课题来源
1.3.2 主要研究内容
第二章 钢悬链线立管整体力学行为分析
2.1 钢悬链线立管的计算分析方法
2.1.1 静态分析方法
2.1.2 动态分析方法
2.2 钢悬链线立管载荷条件分析
2.2.1 钢悬链线立管载荷分类
2.2.2 波浪载荷
2.2.3 海流载荷
2.2.4 波流联合载荷
2.3 钢悬链线立管静力计算
2.3.1 悬链线的基本方程
2.3.2 钢悬链线立管弯矩计算
2.3.3 钢悬链线立管算例
2.4 钢悬链线立管模型动力计算
2.4.1 SCR有限元模型
2.4.2 定义边界条件与载荷
2.4.3 计算结果分析
2.5 本章小结
第三章 橡胶材料力学性能研究
3.1 典型的橡胶材料超弹性本构模型
3.1.1 基于唯象理论模型
3.1.2 基于热力学统计理论
3.2 橡胶材料的基础力学性能试验
3.2.1 单轴拉伸实验
3.2.2 单轴压缩试验
3.2.3 橡胶材料基础力学性能试验数据处理
3.3 橡胶材料本构模型参数拟合
3.4 本章小结
第四章 柔性接头弹性体结构设计
4.1 柔性接头结构分析
4.2 弹性体角刚度及剪切应变方程
4.3 基于正交试验设计法的弹性体设计方案
4.3.1 正交试验设计法
4.3.2 弹性体正交试验设计方案
4.4 弹性体有限元计算分析
4.4.1 弹性体有限元模型
4.4.2 材料属性定义
4.4.3 载荷和边界条件定义
4.4.4 弹性体网格划分
4.4.5 柔性接头弹性体的非线性静力分析结果
4.5 本章小结
第五章 弹性体疲劳特性分析
5.1 弹性体疲劳分析技术路线
5.2 弹性体动力计算分析
5.3 弹性体疲劳特性分析方法
5.3.1 能量分析法理论基础
5.3.2 橡胶材料撕裂能试验数据
5.3.3 橡胶材料S-N曲线计算
5.4 弹性体疲劳特性分析
5.4.1 弹性体材料疲劳性能数据库定义
5.4.2 弹性体疲劳特性结果分析
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
附录
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]ABAQUS橡胶材料在汽车护罩仿真中的应用[J]. 徐英. 汽车零部件. 2014(06)
[2]深水立管顶端柔性节点疲劳寿命预测[J]. 郑辉,金鑫,李成钢,韦卓. 海洋技术. 2013(04)
[3]FE-SAFE在起重机安全评价中的应用[J]. 胡静波,倪大进. 建筑机械. 2013(23)
[4]南海争议区油气资源开发方式探索[J]. 李林,李雪,许浩. 产业与科技论坛. 2013(16)
[5]深水立管顶端柔性节点结构设计[J]. 李成钢,金鑫,张敬安,姜华. 石油矿场机械. 2013(07)
[6]简析万有引力下的潮汐现象[J]. 张婷. 成都航空职业技术学院学报. 2013(01)
[7]基于飞行测量的弹性轴承试验载荷谱修正和寿命评估方法[J]. 王建,秦瑞芬,吴艳霞. 直升机技术. 2013(01)
[8]深水立管顶端柔性节点设计及非线性分析[J]. 刘培林,金鑫,段梦兰,何杨. 中国海洋平台. 2012(05)
[9]深水立管锥形应力节点选型设计研究[J]. 周灿丰,焦向东,曹静,沙勇. 中国造船. 2011(S1)
[10]一种橡胶弹性元件疲劳寿命预测方法的研究[J]. 刘建勋,黄友剑,刘柏兵,卜继玲. 电力机车与城轨车辆. 2011(03)
博士论文
[1]叠层橡胶支座力学性能和高架桥及高层隔震结构地震响应研究[D]. 苏键.湖南大学 2012
[2]橡胶钢双材料非线性有限元分析及破坏机理研究[D]. 李晓芳.福州大学 2006
硕士论文
[1]滑移跷板式开关结构有限元分析及参数优化[D]. 瞿芳.南京理工大学 2008
[2]深海钢悬链线立管的分析与设计[D]. 董永强.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3670201
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