TLP张力系索机械连接器结构优化设计及仿真研究
发布时间：2023-05-03 13:25
张力系索是海洋石油张力腿平台(TLP)的重要结构组成部分,系索一般是由多段长度相同的等壁厚管道通过焊接或是机械连接而成。与机械连接技术相比,管道的焊接技术受水深的影响较大,容易产生应力集中且焊接接头质量差;对于尺寸较大的管道,焊接方式具有对中困难、操作不便,效率低且能耗高,同时伴随着环境污染等缺点。而管道机械连接技术具有安装方便、易于更换且受水深影响较小等多重优点,近年来在国内外受到高度重视。本文研究的应用于TLP张力系索的液力套装式机械连接器是一种新型管道连接器,适用于深度1500米的深水区,且具有比现场焊接更高耐疲劳强度、无需旋转、比螺纹连接安装快速等优点。由于深水海洋平台管型结构安装使用工况复杂、尺寸系列范围覆盖广;对于液力套装式机械连接器,缺少可快速设计和优化的解析模型,本文从以下几个方面对其作出了研究。首先,基于连接需求分析的基础上,阐述了机械连接器的结构方案及安装过程,对机械连接器结构参数进行了规划。考虑实际作业承载需求以及连接器的安装过程,阐述了连接器整体及主要承载部分齿形的力学模型,提出了连接器正确安装所需满足的安装要求以及安装内压应满足的条件。其次,根据连接器的力学模...
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
字母注释表
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 张力腿平台及管道机械连接器相关研究现状
1.2.1 张力腿平台及张力系索的研究现状
1.2.2 厚壁圆筒理论及液力胀接技术的研究现状
1.2.3 管道机械连接器的国内外发展现状
1.2.4 TLP系索机械连接器面临的技术问题
1.3 本文主要研究内容
第二章 TLP张力系索机械连接器结构方案及力学模型
2.1 TLP张力系索机械连接器方案
2.1.1 机械连接器总体结构
2.1.2 机械连接器详细结构及尺寸规划
2.2 TLP张力系索机械连接器连接原理
2.3 TLP张力系索机械连接器力学模型
2.3.1 机械连接器整体力学模型
2.3.2 机械连接器齿形力学模型
2.3.3 机械连接器安装/拆卸所需内压计算模型
2.4 本章总结
第三章 TLP张力系索机械连接器结构参数优化
3.1 机械连接器关键参数优化数学模型
3.1.1 优化问题描述
3.1.2 优化设计变量与目标函数
3.1.3 优化约束函数
3.2 机械连接器数学模型求解方法
3.2.1 基于Fmincon的优化模型求解
3.2.2 基于遗传算法的优化模型求解
3.2.3 基于非线性规划遗传算法的求解方法
3.3 机械连接器结构参数优化结果
3.3.1 Fmincon优化结果
3.3.2 遗传算法优化结果
3.3.3 非线性规划遗传算法优化结果
3.4 本章总结
第四章 TLP张力系索机械连接器静力学仿真研究
4.1 基于Creo的机械连接器参数化建模
4.1.1 机械连接器其他结构参数确定
4.1.2 机械连接器的参数化建模
4.2 连接器安装及使用要求评估条件
4.3 机械连接器有限元分析仿真
4.3.1 安装要求下的有限元仿真
4.3.2 使用要求下的有限元仿真
4.4 不同模型方案、参数下的机械连接器分析对比
4.4.1 考虑不同结构形式下的安装要求分析
4.4.2 考虑不同结构形式下的使用要求分析
4.4.3 Ⅲ模型过渡圆弧不同厚度下的安装要求分析对比
4.5 本章总结
第五章 TLP张力系索机械连接器疲劳强度分析
5.1 TLP张力系索机械连接器疲劳分析流程
5.1.1 机械连接器疲劳分析流程
5.1.2 机械连接器疲劳分析方法
5.2 基于AQWA的TLP水动力分析
5.2.1 TLP水动力分析前处理
5.2.2 HD衍射/辐射分析结果
5.2.3 时域分析结果
5.3 TLP张力系索机械连接器疲劳分析
5.3.1 Abaqus系索静力学分析前处理
5.3.2 张力系索机械连接器静力学分析结果
5.3.3 机械连接器疲劳寿命计算
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
本文编号：3806783
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
字母注释表
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 张力腿平台及管道机械连接器相关研究现状
1.2.1 张力腿平台及张力系索的研究现状
1.2.2 厚壁圆筒理论及液力胀接技术的研究现状
1.2.3 管道机械连接器的国内外发展现状
1.2.4 TLP系索机械连接器面临的技术问题
1.3 本文主要研究内容
第二章 TLP张力系索机械连接器结构方案及力学模型
2.1 TLP张力系索机械连接器方案
2.1.1 机械连接器总体结构
2.1.2 机械连接器详细结构及尺寸规划
2.2 TLP张力系索机械连接器连接原理
2.3 TLP张力系索机械连接器力学模型
2.3.1 机械连接器整体力学模型
2.3.2 机械连接器齿形力学模型
2.3.3 机械连接器安装/拆卸所需内压计算模型
2.4 本章总结
第三章 TLP张力系索机械连接器结构参数优化
3.1 机械连接器关键参数优化数学模型
3.1.1 优化问题描述
3.1.2 优化设计变量与目标函数
3.1.3 优化约束函数
3.2 机械连接器数学模型求解方法
3.2.1 基于Fmincon的优化模型求解
3.2.2 基于遗传算法的优化模型求解
3.2.3 基于非线性规划遗传算法的求解方法
3.3 机械连接器结构参数优化结果
3.3.1 Fmincon优化结果
3.3.2 遗传算法优化结果
3.3.3 非线性规划遗传算法优化结果
3.4 本章总结
第四章 TLP张力系索机械连接器静力学仿真研究
4.1 基于Creo的机械连接器参数化建模
4.1.1 机械连接器其他结构参数确定
4.1.2 机械连接器的参数化建模
4.2 连接器安装及使用要求评估条件
4.3 机械连接器有限元分析仿真
4.3.1 安装要求下的有限元仿真
4.3.2 使用要求下的有限元仿真
4.4 不同模型方案、参数下的机械连接器分析对比
4.4.1 考虑不同结构形式下的安装要求分析
4.4.2 考虑不同结构形式下的使用要求分析
4.4.3 Ⅲ模型过渡圆弧不同厚度下的安装要求分析对比
4.5 本章总结
第五章 TLP张力系索机械连接器疲劳强度分析
5.1 TLP张力系索机械连接器疲劳分析流程
5.1.1 机械连接器疲劳分析流程
5.1.2 机械连接器疲劳分析方法
5.2 基于AQWA的TLP水动力分析
5.2.1 TLP水动力分析前处理
5.2.2 HD衍射/辐射分析结果
5.2.3 时域分析结果
5.3 TLP张力系索机械连接器疲劳分析
5.3.1 Abaqus系索静力学分析前处理
5.3.2 张力系索机械连接器静力学分析结果
5.3.3 机械连接器疲劳寿命计算
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
本文编号：3806783
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