水下生产系统脐带缆抗疲劳优化设计及疲劳可靠性分析

发布时间：2024-01-23 19:31

　　脐带缆是深海油气开发的关键装备之一,被视为水下生产系统的“神经线”。动态应用时,服役的环境荷载和浮体运动往往比较恶劣,需要进行严格的抗疲劳分析,确保其服役寿命内安全运行。目前脐带缆结构设计仍以安全系数为基础,未充分考虑随机因素的影响,而脐带缆应用环境的特殊性使得随机性因素的影响不可忽略。因此本文将抗疲劳性能与疲劳可靠性分析引入到脐带缆设计过程中,从整体和截面两方面分别展开研究,完善了现有的脐带缆设计方法。为保证结构安全及功能实现,脐带缆整体上往往呈现特定的线型。本文针对工程上经典的缓波式线型,提出了脐带缆抗疲劳线型优化设计方法。应用代理模型方法以高精度、计算量小的数学模型替代原本高度非线性的有限元模型,得到了以线型控制参数为设计变量,整体线型长度与疲劳响应为目标函数的脐带缆抗疲劳线型优化设计模型。并针对脐带缆整体疲劳寿命计算中工况繁多导致的海量计算问题,引入疲劳工况筛选技术,得到了兼顾抗疲劳性能与经济成本的脐带缆整体线型设计方案。脐带缆是由钢管、光纤、电缆以及加强铠装等多构件螺旋缠绕组成的复杂结构,对局部截面组成构件的优化设计是提高脐带缆结构抗疲劳性能的另一条可能途径。本文针对脐带缆的...

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 研究对象
    1.3 研究现状
    1.4 本文的主要内容
2 疲劳与可靠性分析理论
    2.1 疲劳分析理论
        2.1.1 材料的疲劳破坏
        2.1.2 抗疲劳设计准则
        2.1.3 疲劳损伤计算原则
        2.1.4 脐带缆疲劳寿命分析方法
    2.2 可靠性分析理论
        2.2.1 可靠性、可靠度与可靠度指标的基本概念
        2.2.2 结构可靠度指标的常用计算方法
        2.2.3 脐带缆疲劳可靠性分析中的不确定性因素
    2.3 本章小结
3 脐带缆抗疲劳线型优化设计
    3.1 脐带缆线型设计流程
        3.1.1 概念选型
        3.1.2 初步设计
        3.1.3 详细校核
    3.2 脐带缆抗疲劳线型优化设计方法
        3.2.1 目标函数
        3.2.2 设计变量与设计空间
        3.2.3 约束条件
    3.3 脐带缆抗疲劳线型优化设计实例
        3.3.1 设计背景描述
        3.3.2 初始设计及疲劳优化设计工况筛选
        3.3.3 抽样设计及代理模型建立
        3.3.4 脐带缆抗疲劳线型优化设计结果分析
    3.4 本章小结
4 脐带缆结构疲劳可靠性分析
    4.1 脐带缆疲劳可靠性分析基础
        4.1.1 脐带缆疲劳可靠性分析的极限状态方程
        4.1.2 脐带缆疲劳可靠性的计算方法
    4.2 疲劳可靠性计算实例
        4.2.1 环境参数
        4.2.2 脐带缆线型与截面设计参数
        4.2.3 不确定性因素统计
        4.2.4 脐带缆疲劳寿命可靠性计算
    4.3 疲劳可靠性分析
        4.3.1 疲劳寿命可靠性计算结果分析
        4.3.2 脐带缆结构疲劳可靠性对设计参数的灵敏度分析
    4.4 本章小结
5 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 研究展望
参考文献
附录A 海洋疲劳环境设计工况
附录B 钢管单元的应力响应统计
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3883239