基于响应面方法的立管结构可靠性研究
【摘要】:海洋立管是海洋油气开发中的重要设备之一,是连接海底井口与海面浮式结构物的最重要媒介。在深海条件下,海洋立管的结构形态为细长体,其所处的工作环境十分复杂和恶劣,风、浪、流等多种载荷都会影响到立管的结构安全。而在对深海立管结构安全的评价中,由于大量不可测量和预知的影响因素的存在,导致立管结构响应出现随机性。目前,借助专用有限元软件,可以计算出立管在特定的环境下的强度情况,但是在复杂的环境载荷作用下,很难能够定量的确定立管结构在多大程度上是安全的。所以,充分考虑各种随机性的影响,对深海立管结构进行可靠性分析,是十分必要和有意义的。
由于立管的结构响应的功能函数都是随机变量的隐性表达式,无法直接应用传统方法进行可靠性分析。因此,本文引入了响应面方法和最弱失效模式组理论,结合试验设计、有限元方法、一阶二次矩方法和蒙特卡洛法等方法,进行了极限风暴载荷及波流联合作用下的钻井立管结构可靠性研究,和流载荷作用下钻井立管涡激振动疲劳可靠性研究。本文首先应用通用有限元软件对深海立管结构进行了整体分析,掌握了顶端张力式立管在操作及悬挂工况下的整体响应特征。然后,在对立管进行试验设计和专用有限元建模的基础上,筛选出影响立管在各种工况下结构响应的主要因素,采用多项式响应面方法建立结构响应与随机输入变量之间的近似解析表达式,在此基础上确定立管在不同工况下的不同位置的结构响应功能函数,继而进行了立管在极限风暴载荷下的结构可靠性分析。在这一方法的基础上,结合疲劳累积损伤理论,进行了钻井立管在涡激振动作用下的疲劳可靠性分析,并分别应用基于重要抽样法的蒙特卡洛方法对以上可靠性分析结果进行了验证。最后,通过广泛的调研,针对可靠性分析的研究成果,给出了深海立管完整性监测系统设计方案。
本文所提出的方法基于响应面方法的可靠性分析方法可以直接使用现有的确定性有限元分析软件,并可以为有限元方法和蒙特卡洛法建立了应用的桥梁,解决了立管结构响应隐性功能函数的问题,降低的立管可靠性计算的工作量,具有一定的理论和工程应用价值。
|
|
|
|
1 |
罗勇,乔文清;再生催化剂立管流动受阻故障分析和措施[J];石油化工;2001年10期 |
2 |
乐丛欢;丁红岩;董国海;宋青武;刘会勋;;基于模糊故障树的海洋立管破坏失效风险分析[J];自然灾害学报;2012年02期 |
3 |
郭海燕;李相环;张永波;李效民;李朋;;海洋立管抑振装置优化布置的实验研究[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2012年06期 |
4 |
石爱军,陈丙瑜,夏麟培,孙国刚;立管-翼阀系统的研究Ⅱ.负压下立管-翼阀系统的最小松动气量[J];石油学报(石油加工);2001年S1期 |
5 |
杨和振;李华军;;深海钢悬链立管时域疲劳寿命预估研究[J];振动与冲击;2010年03期 |
6 |
张长智;王桂林;段梦兰;杨晓刚;王莹莹;冯玮;;深水开发中的几种新型混合生产立管系统[J];石油矿场机械;2010年09期 |
7 |
王增波;黄维平;苑健康;柳伟;芦斐;韩辉;;立管扰流装置Helical Strakes的数值模拟分析[J];石油化工高等学校学报;2011年04期 |
8 |
吴天龙;朱兴海;王波;姜峰;;在役含缺陷海洋立管的安全性评估[J];甘肃科学学报;2014年02期 |
9 |
周宏杰,闫澍旺,孙国民;复杂条件下双层立管的有限元分析[J];海洋工程;2004年01期 |
10 |
秦太验,李杰,常天春,段梦兰;深海立管的断裂与可靠性评估进展[J];机械强度;2004年S1期 |
11 |
郭祥;催化沉降器待生立管破坏原因及措施[J];炼油与化工;2004年04期 |
12 |
范佰明;嵇春艳;张强;霍发力;;波流联合作用下深海立管疲劳寿命计算方法研究[J];船海工程;2008年02期 |
13 |
戴伟;高峰;白勇;;操作与悬挂工况下的深海立管有限元分析(英文)[J];Journal of Marine Science and Application;2009年02期 |
14 |
张杰;唐友刚;;深海立管固有振动特性的进一步分析[J];船舶力学;2014年Z1期 |
15 |
余汉成;陈凤;杨文川;王海兰;;超量放空时放空立管工况分析与垂直反力计算[J];天然气与石油;2009年05期 |
16 |
盛磊祥;陈国明;;海洋并列立管涡激振动参数分析[J];石油矿场机械;2011年03期 |
17 |
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 |
18 |
宗祥荣,罗保林,杨启业;垂直立管中料层平衡高度的控制与操作[J];石油化工;2004年08期 |
19 |
王平;王涛;彭明;陈金金;邓道明;宫敬;;海洋立管气液两相流动模拟研究进展[J];油气储运;2012年06期 |
20 |
董晓磊;宗智;孙雷;周力;;深海立管涡激损伤的虚拟激励法计算[J];船舶力学;2012年07期 |
|