深海柔性立管結(jié)構(gòu)力學(xué)特性分析.pdf

1、隨著深海油氣資源的不斷開發(fā),作為上部浮體與海底井口連接通道的柔性立管得到了越來越廣泛的應(yīng)用。相較于其他形式的立管,柔性立管在保持較大軸向剛度的同時,能夠承受很大的彎曲變形以順應(yīng)復(fù)雜惡劣的海洋環(huán)境。然而由于其自身復(fù)雜的結(jié)構(gòu)組成,要設(shè)計分析柔性立管并非易事。
　　基于以上需求,本文研究了深海柔性立管的力學(xué)特性,對設(shè)計分析中涉及到的關(guān)鍵問題進(jìn)行了分析論述,內(nèi)容主要涉及以下幾個方面:
　　1、對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)。首先,介紹了

2、柔性立管的結(jié)構(gòu)組成,對各部分的結(jié)構(gòu)特點和功能作用進(jìn)行了說明。然后,介紹了柔性立管設(shè)計流程中兩個關(guān)鍵問題:總體響應(yīng)分析和截面力學(xué)特性分析,并分別系統(tǒng)的論述了其研究進(jìn)展;
　　2、基于靜力平衡、變形協(xié)調(diào)以及本構(gòu)關(guān)系,推導(dǎo)出了柔性立管軸對稱響應(yīng)理論模型。并在數(shù)值軟件中建立某柔性立管算例的數(shù)值模型。基于理論模型和數(shù)值模型分析了算例在拉伸、扭轉(zhuǎn)以及內(nèi)外壓作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng),并將計算結(jié)果與實驗結(jié)果進(jìn)行了對比分析;
　　3、根據(jù)鎧裝層在柔性

3、立管彎曲過程中不同的滑移情況,將柔性立管的彎曲響應(yīng)分為三種狀態(tài):粘結(jié)狀態(tài)、部分滑移狀態(tài)和全滑移狀態(tài)。根據(jù)不同的滑移狀態(tài),基于能量法推導(dǎo)出了柔性立管彎曲響應(yīng)的理論模型。并在數(shù)值軟件中建立兩個柔性立管的數(shù)值模型算例。基于理論模型和數(shù)值模型分析了算例在不同內(nèi)壓、外壓和軸向力作用下的彎曲響應(yīng),并將計算結(jié)果與實驗結(jié)果進(jìn)行了對比分析;
　　4、基于數(shù)值軟件Ocraflex計算并對比了懸鏈線和緩波形兩種布局形態(tài)下柔性立管的總體靜態(tài)和動態(tài)響應(yīng)結(jié)果

4、,并討論了浮子段長度、浮力因子和浮力塊起始位置對緩波形柔性立管總體響應(yīng)的影響;
　　5、介紹了柔性立管疲勞壽命的計算流程,并計算了某柔性立管的疲勞壽命。首先根據(jù)環(huán)境參數(shù)設(shè)計了疲勞海況,然后基于Ocraflex計算了柔性立管在疲勞海況下的總體響應(yīng),基于總體響應(yīng)結(jié)果選取了用于疲勞分析的疲勞熱點。采用Bflex軟件計算柔性立管鎧裝層截面應(yīng)力與載荷的關(guān)系曲線,以截面應(yīng)力曲線作為數(shù)據(jù)庫,計算疲勞關(guān)鍵點在載荷時歷下的應(yīng)力時歷,并利用雨流計數(shù)法