收藏本站
《上海交通大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

深海钢悬链立管动力分析及触地点疲劳特性评估

傅俊杰  
【摘要】: 近年来我国加快开发南海资源的脚步,因此研发具有自主核心技术的深海工程装备已成为优先任务。钢悬链立管(SCR)是进行深海资源开发的关键设备,它具有复杂的非线性动力特性,其独特的结构形式为设计、制造、安装和安全服役提出了新挑战。 触地点(TDP)是钢悬链立管最初接触到海床的部位,也是结构分析的特征点。该位置是悬垂段与流线段的连接点,易发生疲劳破坏,进而危及整个采油系统的安全。该区域有部分初始悬空的立管会浸入海底,与土壤发生相互作用,同时涉及到大变形与非线性。所以,触地点是钢悬链立管数值分析的难点,需要展开针对性的研究。 本文针对深海钢悬链立管的动力分析及触地点的疲劳特性问题进行深入研究,主要工作如下: 1、考虑海洋环境,建立基于非线性弹簧的钢悬链立管Lumped-Mass有限元耦合模型。 探讨了钢悬链立管的发展及数值分析、疲劳分析的研究进展,在此基础上明确了研究方法,确立触地点为立管整体分析过程中需要重点关注的区域。借助P-y曲线考虑土壤的三维非线性反力,用修正后的Morison方程仿真海洋环境载荷,最终成功构造立管数值模型,并通过实验分析验证了该模型的合理性。 2、展开多工况非线性动力分析,得到立管的动力特性,重点研究触地点的动力响应。 相对于频域动力分析,时域分析能更好的处理立管强非线性问题,其计算精度更高。结构整体分析的结果表明:在不同工况下,上端点均是刚性立管疲劳分析的特征点,而钢悬链立管疲劳分析的特征点位于触地点区域。通过比较多工况下的触地点响应时程,展示各因素的影响程度:浮体运动与制造材料变化的作用较大,而波浪改变对触地点动力特性的影响有限。此外,讨论的其它环境载荷与设计参数也具有一定影响。 3、参数敏感性分析立管工作寿命,着重探讨触地点疲劳特性,提出改善疲劳寿命的建议。 基于立管动力研究,展开S-N曲线法疲劳分析,对比计算结果可知:触地点的疲劳寿命最小,定期变换该区域,可缓解疲劳累积;合理采用S-N曲线、改良制造工艺,能优化特征点应力集中;浮体垂荡对立管疲劳寿命影响较大,适当选择浮体有利于缓和耦合运动;借助浮力装置或混合形式,可以改善土壤非线性反力作用;在特征位置使用保护外层或钛合金等材料,有助于拓展立管适用空间。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:P751

手机知网App
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 武锐锋;SCR管—土相互作用及触地点疲劳分析[D];上海交通大学;2012年
2 李清泉;深海管线卷筒安装可靠度分析及多轴疲劳研究[D];上海交通大学;2012年
3 董晓磊;深海立管涡激损伤的虚拟激励法研究[D];大连理工大学;2011年
4 魏晓锋;基于层次分析法的深海平台钢悬链线立管风险评估[D];大连理工大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 黄维平;李华军;;深水开发的新型立管系统——钢悬链线立管(SCR)[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2006年05期
2 郭海燕;董文乙;娄敏;;海中输流立管涡激振动试验研究及疲劳寿命分析[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2008年03期
3 余建星;李红涛;;波流联合作用下海底管跨疲劳失效的分析[J];天津大学学报;2006年09期
4 余建星;孙凡;傅明炀;杜尊峰;郭君;;海底管线涡激振动响应动力特性[J];天津大学学报;2009年01期
5 余龙,谭家华;锚泊线与海底接触的有限元建模及其非线性分析[J];中国海洋平台;2005年02期
6 陈云水;王德禹;;深水立管的若干结构力学研究进展[J];中国海洋平台;2007年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王文阁;卢延辉;;实用概率Miner理论及在汽车部件疲劳计算上的应用[J];汽车技术;2009年12期
2 高秋金;徐志军;晏金军;;球墨铸铁转向节柱疲劳性能研究[J];汽车技术;2010年04期
3 伍长彬;肖祖玉;甘新刚;汤朝霞;刘定邦;;橡胶扭转减振器轮毂的有限元分析及结构改进设计[J];汽车科技;2012年01期
4 孙波;杨晓华;赵维义;;预腐蚀后超载对LC4CS铝合金疲劳性能的影响[J];青岛大学学报(工程技术版);2007年04期
5 樊智敏;徐安军;徐俊;;基于有限元法的搅拌捏合机搅拌轴疲劳分析[J];青岛科技大学学报(自然科学版);2009年03期
6 张立,金伟良;考虑检修因素的海洋工程结构疲劳可靠性分析[J];强度与环境;2001年03期
7 匡林;杨晓华;张玎;卞贵学;;预腐蚀铝合金腐蚀疲劳累积损伤规律研究[J];强度与环境;2008年04期
8 孙金伟;王树青;;系泊模式对深水Spar平台运动性能的影响[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2010年09期
9 王小东;郭海燕;高秦岭;孟丹;;钢悬链线立管触地点区域管土相互作用的有限元分析[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2010年S1期
10 李洪春;郭海燕;李效民;;基于MATLAB的海洋立管涡激振动数值模拟系统研究[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2010年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李敢;黄小平;崔维成;;钢悬链线立管涡激疲劳损伤敏感参数研究[A];纪念徐秉汉院士船舶与海洋结构力学学术会议论文集[C];2011年
2 张恒;王伟;谢永和;;考虑航速的滚装船疲劳强度研究[A];纪念徐秉汉院士船舶与海洋结构力学学术会议论文集[C];2011年
3 胡磊;王轲;;某整流罩支架随机振动疲劳寿命分析[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)上册[C];2011年
4 李亚平;焦中良;帅健;;在役管道材料的低周疲劳性能测试[A];第七届全国MTS材料试验学术会议论文集(二)[C];2007年
5 胡佳楠;程凯;由小川;彭泽瑛;庄茁;;汽轮机长叶片低周循环疲劳特性研究[A];2010’力学与工程应用学术研讨会论文集[C];2010年
6 胡盈辉;由小川;庄茁;;交变内压与温度作用下的压力容器寿命评估[A];2010’力学与工程应用学术研讨会论文集[C];2010年
7 赵丽滨;董沛;张建宇;;某连接结构固定销的疲劳寿命估算[A];北京力学会第13届学术年会论文集[C];2007年
8 赵迪;丁克勤;尚新春;;烟气轮机叶片的数值模拟计算与寿命评估[A];北京力学会第15届学术年会论文摘要集[C];2009年
9 石强;戴挺;张佳宁;马延德;;自升式钻井平台桩腿总强度分析研究[A];中国钢结构协会海洋钢结构分会2010年学术会议暨第六届理事会第三次会议论文集[C];2010年
10 吴同情;褚广辉;;水平承载桩受力特性研究综述[A];重庆力学学会2009年学术年会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孟丹;钢悬链线输流立管非线性振动数值模拟[D];中国海洋大学;2010年
2 唐世振;考虑顺流向振动的深水顶张力立管涡激振动分析[D];中国海洋大学;2010年
3 孙书伟;微型桩结构加固边坡受力机制和设计计算理论研究[D];中国铁道科学研究院;2009年
4 班丽丽;中碳Si-Mn系高强度TRIP钢高周疲劳破坏行为研究[D];昆明理工大学;2008年
5 张大海;浮力摆式波浪能发电装置关键技术研究[D];浙江大学;2011年
6 沙丽荣;基于正交基神经网络的结构可靠性分析[D];吉林大学;2011年
7 许宁;锥体海洋结构的冰荷载研究[D];大连理工大学;2011年
8 段红燕;不同载荷下缺口参数对轴类零件低周疲劳寿命的影响[D];兰州理工大学;2009年
9 沈春根;高速加工工具系统的动力学特性及应用基础研究[D];江苏大学;2011年
10 衣振华;疲劳裂纹扩展研究及在装载机横梁寿命估算中的应用[D];山东大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李新蕾;金属磁记忆检测机理的试验研究与有限元仿真[D];南昌航空大学;2010年
2 王权;起重机减速器变位斜齿轮副有限元仿真分析与研究[D];山东科技大学;2010年
3 夏云清;装载机差速器齿轮的非线性接触与疲劳寿命分析[D];浙江理工大学;2010年
4 李在鹏;半潜式海洋潮流电站系统性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 孟扬;浮子式波浪发电装置设计及其功率特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 尚祖铭;深海中锚泊线动力特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 刘鹏;深海钻井立管概念设计与分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 曹俊伟;基于裂纹扩展理论的船体结构疲劳强度研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 梁瑜;基于共同结构规范的船舶疲劳强度研究及抗疲劳设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 高峰;超深水顶端张紧式钻井隔水管结构与VIV疲劳分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄维平;李华军;;深水开发的新型立管系统——钢悬链线立管(SCR)[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2006年05期
2 黄维平;白兴兰;李华军;;国外深水钢悬链线立管研究发展现状[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2009年02期
3 郭海燕;高秦岭;王小东;;钢悬链线立管与海床土体接触问题的ANSYS有限元分析[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2009年03期
4 王小东;郭海燕;高秦岭;孟丹;;钢悬链线立管触地点区域管土相互作用的有限元分析[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2010年S1期
5 牛小静;余锡平;;泥质海床的黏弹塑性模型[J];清华大学学报(自然科学版)网络.预览;2008年09期
6 邓丽娜;层次分析法在隧道工程风险评估中的应用[J];四川建筑;2005年01期
7 董艳秋;波、流联合作用下海洋平台张力腿的涡激非线性振动[J];海洋学报(中文版);1994年03期
8 王坤鹏;薛鸿祥;唐文勇;;基于海床吸力和刚度衰减模型的深海钢悬链线立管动力响应分析[J];上海交通大学学报;2011年04期
9 王懿;段梦兰;李丽娜;何宁;王辉;;深水立管安装技术进展[J];石油矿场机械;2009年06期
10 陈国明,方华灿,潘东民;近海在役管道安全可靠性评估技术研究[J];石油工业技术监督;2004年10期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 娄敏;海洋输流立管涡激振动试验研究及数值模拟[D];中国海洋大学;2007年
2 林海花;隔水管涡激动力响应及疲劳损伤可靠性分析[D];大连理工大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邱悦;多体船连接桥的多轴疲劳分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 董婧;挠性立管涡激振动的离散涡方法研究[D];大连理工大学;2010年
3 王小东;钢悬链线立管拖地段与土体相互作用的数值模拟[D];中国海洋大学;2010年
4 付兴元;桥梁工程建设风险评价方法的研究与实践[D];西南交通大学;2011年
5 舒光亚;导管架平台裂纹构件剩余极限强度与时变可靠度分析[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 王安庆;钢质悬链线立管力学特性与疲劳损伤分析[D];上海交通大学;2011年
7 章增当;悬索非线性振动的有限体积法分析[D];浙江大学;2004年
8 潘岩松;高层建筑二维流场的离散涡方法数值模拟[D];华中科技大学;2004年
9 张建侨;细长柔性立管涡激振动的实验研究[D];大连理工大学;2009年
10 周巍伟;深海悬链线立管涡激疲劳损伤预报研究[D];大连理工大学;2009年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 凌芳芳;湍流边界层脉动压力激励潜艇模型振动声辐射[D];大连理工大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄维平;李华军;;深水开发的新型立管系统——钢悬链线立管(SCR)[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2006年05期
2 周晶,李昕,马恒春,朱彤;地震时海底悬跨管道动力特性试验研究[J];水利学报;2003年01期
3 孟昭瑛,杨树耕,王仲捷;水下管道涡激振动的实验研究[J];水利学报;1994年07期
4 蔡文军,陈国明,潘东民;腐蚀管线剩余强度的非线性分析[J];石油大学学报(自然科学版);1999年01期
5 蔡文军,陈国明,潘东民,赵学年;腐蚀管线剩余强度评估的研究进展[J];石油机械;1999年11期
6 沈士明,孙洪彬,郑逸翔;含腐蚀凹坑缺陷管道的极限载荷研究[J];石油机械;2000年10期
7 沈士明,郑逸翔;含局部减薄缺陷管道的极限载荷与安全评定[J];石油机械;2004年06期
8 王金英;赵冬岩;;渤海海底管道工程的现状、特点和问题[J];石油学报;1993年04期
9 谢彬,段梦兰,秦太验,孙政策,李杰;海洋深水立管的疲劳断裂与可靠性评估研究进展[J];石油学报;2004年03期
10 孙政策,段梦兰,张文,贾旭,粟京;地震波条件下海底管线抗震设计方法研究[J];石油学报;2005年02期
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026