基于OrcaFlex的钢悬链立管疲劳损伤预报

涡激振动是钢悬链立管疲劳损伤的重要诱导因素之一,因此涡激振动分析在钢悬链立管设计中占据重要地位。OrcaFlex在海洋工程领域功能强大、应用广泛,能够提供两种涡激振动疲劳损伤预报方法,分别是基于模态叠加法的频域预报方法和基于Iwan-Blevins尾流振子模型的时域预报方法。OrcaFlex的涡激振动时域预报模型只考虑了横流向涡激振动造成的疲劳损伤,基于OrcaFlex的时域预报方法开发了双自由度涡激振动尾流振子模型的接口,考虑了浮式平台运动对钢悬链立管的涡激振动激励作用,实现了钢悬链立管双自由度涡激振动疲劳损伤预报。     

海洋纤维增强柔性管压溃失效特性研究及参数敏感性分析

以一种黏结型的纤维增强柔性管作为研究对象,基于ABAQUS建立纤维增强柔性管的实体单元模型。根据二维 Hashin失效判据判断柔性管失效情况,充分考虑管道内外护套层塑性及纤维增强层复合材料渐进失效,建立纤维增强柔性管的压溃数值模型。将特征值法与弧长法相结合,计算得到了较为精准的纤维增强柔性管临界压溃压力及对应的外压—椭圆度曲线;并对影响柔性管临界压溃压力的几个敏感性参数如椭圆度、纤维缠绕角度、直线度进行分析。研究结果表明椭圆度和直线度偏差的增大及纤维缠绕角度的降低均会使柔性管的临界压溃压力下降,该结果对纤维增强柔性管的设计与使用均具有一定的参考意义。     

层间摩擦系数对非黏结柔性管抗拉铠装层轴压屈曲失效模式的影响研究

在柔性管运输、铺设安装和服役过程中,由于其抗拉铠装层钢带为柔性细长螺旋结构,当外部载荷超过临界值时,抗拉铠装层钢带容易发生屈曲失效。考虑非线性材料、几何大变形、层间接触和摩擦等非线性效应的影响,运用ABAQUS有限元软件建立了63.5 mm典型非黏结柔性管8层完整结构模型,研究了在抗拉铠装层不同层间摩擦系数的情况下,非黏结柔性管在轴向压缩载荷作用下的力学性能和屈曲失效模式。研究结果表明,层间摩擦系数对非黏结柔性管的抗压刚度和抗拉铠装层屈曲失效模式有较大影响,层间摩擦系数以0.1和0.2为分界点,抗压刚度和屈曲失效模式均呈现出“三段式”变化规律。研究成果可为海洋非黏结柔性管的结构设计和屈曲失效评估提供技术参考。     

内压载荷下输氢复合柔性管力学性能研究

中国氢能产业正随着碳中和愿景的不断推进而快速发展,由于氢气在钢管中容易引发“氢脆”现象,使用钢管输送氢气存在较大挑战,纤维增强复合柔性管作为一种非金属管道在氢气输送领域备受关注,其结构设计及强度分析是产业化应用的瓶颈。为探讨内压工况下输氢复合柔性管的结构响应,考虑不同层材料的各向同性及各向异性,基于三维各向异性弹性力学,建立了纤维增强输氢复合管道在内压作用下的力学理论模型,并采用数学方法求解管道位移微分方程,进而获得了N层缠绕增强层输氢复合管道在内压作用下的应力应变解析解,计算结果与内压作用下13层输氢复合柔性管的数值计算结果相符。管道的环向应力最大值出现在防渗透层,输氢软管的增强层承担约70%的载荷作用,径向应力绝对值大小随距离管道截面中心点的距离增大而减小。提出的力学行为分析模型及求解方法为设计输氢复合柔性管提供了重要的理论支撑。     

深海悬垂取水管振动特性研究

深海悬垂取水管的设计趋向于大直径、高内流流速,内流对取水管振动特性的影响不可忽略,分析内部流动引起的管道动态失稳行为以及评估失稳临界流速具有重要工程意义。基于小尺度模型试验,研究内流对深海悬垂取水管道振动特性的影响规律,结果表明：随着内流流速增加,取水管模型会发生动态失稳行为,表现为一种间歇性的近周期运动,该运动主要由管道一阶弯曲模态引起的不稳定性诱导。管道材料、顶端连接方式及底部配重块均影响其动态稳定性,顶端固定连接时质量比小的管道更易发生动态失稳;顶端变为铰接时,质量比大的管道失稳临界流速变小,质量比小的管道失稳临界流速变大。相比顶端边界条件,底部配重块对管道失稳临界流速影响不显著但可以减小其振动幅值。     

2004年4月1日磁通量传输事件特性的研究——通量管内电流密度、粒子运动与管轴方向的对比分析

本文利用Cluster四颗卫星上磁通门磁力计(FGM)的同时观测,采用旋度器方法(Curlometer),计算和分析了2004年4月1日12:24到12:54UT期间Cluster卫星观测的多个磁通量传输事件(FTEs)的特性。结果表明:磁通量管内电流密度较大,可达到约10-7A/m2。应用最小方向微分法(MDD),发现这些FTE事件具有准二维结构,即为圆柱形结构,其通量管轴线方向与管内电流方向及粒子运动方向基本平行。     

近壁面柔性圆柱流致振动—拍击耦合特性试验研究

大跨度柔性悬跨海管的振动响应及管床碰撞会加剧管道的疲劳损伤,影响管道油气的安全输运。基于高速摄像非介入测试方法捕捉了近底床柔性悬跨海管的振动响应特征及管床拍击过程,对比分析了间隙比G/D及约化速度U_r对振动—拍击耦合响应的影响,辨识并提出了试验观测的管床拍击模式。研究结果表明：悬跨管的均方根振幅A_{z, rms}/D在前二阶主导模态下随约化速度U_r的升高先增大后减小;当间隙比减小时,共振区的振动频率减小,且一阶振动向二阶振动的过渡在更高的约化速度时发生,过渡时存在时间上的模态切换现象。振动平衡位置向远离壁面一侧偏移。根据悬跨管振动的主导模态与拍击特性,通过试验辨识了6种管—床拍击模式,包括一阶模态主导的小段拍击、大段拍击,一阶向二阶模态过渡时的Ⅰ、Ⅱ型拍击,以及二阶模态主导的单段拍击、双段交替拍击。     

Truss Spar平台桁架管节点疲劳分析

Truss Spar平台在风、浪、流的作用下,结构受力十分复杂,准确分析其疲劳强度相当困难。通过建立Truss Spar平台三维有限元模型,利用HydroD软件进行载荷预报、波浪搜索,得到产生最大应力幅响应的最不利浪向和相位角。运用Sestra软件进行整体有限元分析,得到的结果作为桁架管节点细化模型的边界条件,再用Nastran软件进行局部分析求得节点的热点应力,修正壁厚影响。最后根据DNV规范的S-N曲线计算了管节点的疲劳寿命。     

陡波形立管涡激振动疲劳损伤参数敏感性分析

基于柔性杆理论和尾流振子模型计算陡波形立管的涡激振动响应;综合使用S-N曲线法、雨流计数法、Palmgren-Miner线性累积疲劳理论对立管涡激振动导致的疲劳损伤进行计算分析。并以MATLAB为平台编写相应计算程序,将本文计算得到的静力分析结果、固有频率和疲劳损伤分别与专业海工计算软件OrcaFlex和已发表文献进行对比验证。进一步对陡波形立管在涡激振动下的疲劳损伤进行参数敏感性分析,结果表明:浮子段长度、浮力因子、弹性模量、海流速度、波浪高度对陡波形立管疲劳损伤均有较大影响,有望为陡波形立管的实际工程设计提供参考。     

松散地层桥台坑壁防渗施工的成孔与注浆

针对富含水的砂卵砾石地层钻进困难、效率低和容易坍孔的特点，提出以潜孔锤钻进为基础，二次套管风力扫孔后下入注浆管进行注浆的施工工艺。探索了该地层浅孔条件下的一种简单、高效的成孔和注浆方法。