非粘合柔性立管整体分析及端部效应数值模拟

发布时间：2017-06-08 01:03

  本文关键词：非粘合柔性立管整体分析及端部效应数值模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着深水油气田的陆续开发,非粘合柔性立管因其良好的柔性、易于安装、抗腐蚀和耐高压等优点,广泛应用于目前的油气产业。由于层间滑移的存在,柔性立管的弯矩-曲率关系呈现出明显的非线性和迟滞现象。在整体分析方面,工程上传统的做法是假设柔性立管的弯矩-曲率关系为线性,即采用完全滑移后的弯曲刚度。然而,这种做法不仅导致整体分析和疲劳分析的结果过于保守,还会影响柔性立管的有效设计。此外,端部配件是柔性立管系统的重要组成部分,在动态应用中,立管与上部浮体的连接属于刚性连接,相连部位易产生较大的弯曲载荷,且沿管长方向的拖曳力会使立管承受较大的拉伸载荷,因此立管端部容易产生应力集中和疲劳破坏。本文的主要任务是确定一种适合深海采油的柔性立管整体分析方案并且对柔性立管抗拉铠装条带的端部效应进行数值模拟。文中首先对柔性立管在整体分析中所需考虑的各种阻尼因素进行了系统地梳理与总结,包括流体阻尼、海底摩擦、迟滞阻尼和材料阻尼,并根据各自的特性给出了相应的处理办法。重点分析了由层间滑移导致的迟滞阻尼,给出两种处理方法,一是等效粘性阻尼法,二是Orcina模型法。根据弯曲刚度和迟滞阻尼模拟的不同,本文采用三种模型：(1)线性弯矩-曲率关系与等效粘性阻尼法模型,EVDM-L模型；(2)非线性弯矩-曲率关系与等效粘性阻尼法模型,EVDM-N模型；(3)非线性弯矩-曲率关系与Orcina模型法模型,OM模型。通过比较三者的动态响应结果发现：在进行非粘合柔性立管的整体动力分析时,采用直接分析法最为适宜。本文建立了一种在轴向拉伸和恒定弯曲联合作用下端部配件对柔性立管抗拉铠装条带响应影响的有限元分析模型。首先将不考虑摩擦作用时的结果与理论模型的结果对比验证了数值模型的有效性,进而考虑了摩擦的影响。分析发现：端部约束会显著增加条带端部的侧向弯曲应力,且随着曲率的增加呈线性增加的趋势；应力大小与条带的起始位置有关,最大值出现在受压一侧距中性轴最远处；当考虑摩擦时,该处的弯曲应力减小,但随着摩擦系数的增大,应力值依然增大。此外,层摩擦力的存在对条带的轴向滑移几乎没有影响,但能有效限制条带的侧向滑移。
【关键词】：非粘合柔性立管 迟滞阻尼 整体分析 端部效应 有限元分析
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P756.2;TE952
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 柔性立管概述12-18
• 1.2.1 柔性立管的结构12-15
• 1.2.2 柔性立管的应用15
• 1.2.3 柔性立管的布置方案15-17
• 1.2.4 柔性立管的关键附件17-18
• 1.3 柔性立管整体分析研究进展18-21
• 1.4 柔性立管端部效应研究进展21-23
• 1.5 本文的主要工作23-24
• 2 柔性立管整体分析中的阻尼24-36
• 2.1 引言24
• 2.2 流体阻尼24-25
• 2.3 海底摩擦25-26
• 2.4 层间摩擦26-34
• 2.4.1 非线性弯曲响应26-29
• 2.4.2 等效粘性阻尼法29-32
• 2.4.3 Orcina模型法32-34
• 2.5 材料阻尼34-35
• 2.6 本章小结35-36
• 3 柔性立管的整体分析36-55
• 3.1 引言36
• 3.2 布置方案及边界条件36-37
• 3.3 环境参数37-39
• 3.3.1 波、流载荷37-38
• 3.3.2 水动力系数38-39
• 3.3.3 水深及海底摩擦系数39
• 3.4 FPSO数据39-42
• 3.4.1 RAOs39-41
• 3.4.2 主尺度41
• 3.4.3 船体偏移41-42
• 3.5 立管系统参数42-46
• 3.5.1 结构参数42-45
• 3.5.2 截面参数45-46
• 3.5.3 内部液体46
• 3.5.4 BSR尺寸46
• 3.6 算例分析46-54
• 3.6.1 模拟时间46-47
• 3.6.2 点结果分析47-50
• 3.6.3 近点结果分析50-53
• 3.6.4 等效粘性阻尼比的影响53-54
• 3.7 本章小结54-55
• 4 端部配件对抗拉条带响应的影响55-77
• 4.1 引言55
• 4.2 有限元模型55-57
• 4.3 理论模型57-61
• 4.3.1 条带侧向滑移量58-59
• 4.3.2 条带应变能59-61
• 4.3.3 端部配件处的应力增加61
• 4.4 不考虑层间摩擦的算例分析61-71
• 4.4.1 条带侧向滑移量61-66
• 4.4.2 条带侧向弯曲应力66-71
• 4.5 考虑层间摩擦的算例分析71-76
• 4.5.1 条带滑移量71-74
• 4.5.2 条带侧向弯曲应力74-76
• 4.6 本章小结76-77
• 5 结论与展望77-79
• 5.1 全文总结77
• 5.2 研究展望77-79
• 参考文献79-82
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况82-83
• 致谢83-84

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