柔性立管靜態(tài)構型分析及防彎器設計.pdf

1、在海洋石油工業(yè)中，深海采油已經(jīng)成為主流。隨著平臺及FPSO工作水深的增加，海洋柔性立管以其對深水環(huán)境良好的適應性，得到了廣泛的應用。由于深水柔性立管的布置缺乏實際的工程經(jīng)驗和有效的布置參數(shù)，對其結(jié)構形態(tài)進行簡要分析就變得十分重要。在柔性立管的使用過程中，由于立管和平臺的連接處的剛度不連續(xù)，容易在此處發(fā)生應力集中和過度彎曲現(xiàn)象，通過在該部位加裝防彎器可以防止該現(xiàn)象的發(fā)生，保證平臺安全生產(chǎn)。防彎器是立管整體結(jié)構中的重要部分，而迄今為止，國內(nèi)

2、還沒有對防彎器的結(jié)構設計做過相關研究。
　　本文采用集中質(zhì)量法對柔性立管進行靜態(tài)構型分析，對典型的集中質(zhì)量模型進行修改，將彎矩轉(zhuǎn)化為結(jié)構內(nèi)力施加在節(jié)點上，考慮了抗彎剛度在柔性立管變形過程中的影響。應用懸鏈線理論將柔性立管的邊界條件和邊界值之間進行轉(zhuǎn)換，將位移邊界條件轉(zhuǎn)換為力的邊界條件。采用該模型對懸鏈線型式布置的柔性立管和柔性跨接管進行分析，發(fā)現(xiàn)考慮了抗彎剛度之后的結(jié)構整體橫向位移受到限制，單元的彎矩減小，在懸掛張力和懸掛角度相同

3、的情況下，單元內(nèi)部的張力減小。
　　同時，本文還對柔性立管的重要附件一一防彎器進行了分析。采用基于進化策略的優(yōu)化算法，對防彎器進行了優(yōu)化設計，目的是找到符合結(jié)構設計要求且結(jié)構變形合理的防彎器，并盡量減小其體積。在優(yōu)化過程中，首先通過對防彎器的幾何參數(shù)進行敏感性分析，分析了防彎器結(jié)構中各幾何參數(shù)對其防彎效果的影響，確定了影響較大的幾何參數(shù)，并將其作為結(jié)構優(yōu)化中的主要參數(shù);對經(jīng)典的進化策略方法進行修改，確定本文優(yōu)化程序的流程。制定恰當

4、的適應函數(shù)，其中包括防彎器體積、防彎器最大曲率和最大曲率發(fā)生位置的函數(shù);根據(jù)結(jié)構優(yōu)化的目標，制定優(yōu)化的適應函數(shù)。最后，通過彈性梁模型模擬柔性立管和防彎器的組合結(jié)構，對優(yōu)化后的結(jié)構進行校核分析。
　　通過將優(yōu)化結(jié)果和經(jīng)典防彎器的幾何參數(shù)進行對比，本優(yōu)化程序的計算結(jié)果和經(jīng)典防彎器的結(jié)構幾何參數(shù)近似，計算數(shù)值收斂性和穩(wěn)定性較好，表明本文所用的優(yōu)化程序計算結(jié)果可靠，具有在一定范圍內(nèi)尋求最有解的能力，本文所用程序在優(yōu)化效果較好，且要優(yōu)于傳統(tǒng)