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船舶管系设计与荷载计算研究

杜振煌  
【摘要】:船舶管系设计与荷载计算研究是船舶与海洋平台的重要技术问题之一。本文通过介绍管系的一般设计方法和标准,以及海洋钻井平台的七个典型管系,来确定管系荷载种类并研究其计算方法。文中采用经典的水力计算方法和计算流体力学(CFD)方法来研究管线的内部流体荷载;采用材料力学和流体力学来研究管线的外部荷载;应用有限元方法来分析校核管线的强度。本文的目的是要综合考虑管线的各种荷载,更加合理地为管道系统及其支撑结构的设计提供基本数据,以保证管系的最优化设计和运行安全。 本文完成的主要工作如下: 1.探讨管系设计方法和介绍著名的美国石油学会(API)管系标准。依据海洋钻井平台的七张管系工作原理示意图,介绍各个管系所能实现的功能与所操作的要求。在满足管系工作要求的情况下,总结了管系设计的一般原则及设计步骤。 2.计算管线内部流体荷载,也就是管系的压力分布计算。对于某些边界变化剧烈的局部区域,应用计算流体力学(CFD)方法进行数值模拟计算,即应用k-ε湍流模型方法进行管系局部压力分布数值模拟计算。 3.计算风荷载考虑了多种因素,包括风压随高度变化而变化,管线结构的体型效应,重现期的调整及风振的影响。 4.采用材料力学的梁理论,应用力法分析方法,计算出热膨胀导致的推力和弯矩。 5.采用材料力学的梁理论,应用力法分析方法,研究支撑结构移动导致的管系外荷载重新分配规律,修正管系支撑结构的设计荷载。


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