發(fā)布時間：2017-10-21 04:35

  本文關鍵詞：深水鋪設環(huán)境下托管架結構動力學問題研究

  更多相關文章： 深水環(huán)境 托管架 虛擬激勵法 隨機振動 管道鋪設

【摘要】：隨著陸上資源的枯竭,海洋石油開采逐漸成為國際上研究的熱點。近10年來,全球新發(fā)現的油氣田60%在海上,并且正在開采的油氣田50%也在海上,由此可見海洋資源的豐富,并且這些資源大多都在深海。深海油氣開采的難度非常大,屬于高投資、高技術、高風險的開發(fā)模式,其中海底管道鋪設技術就是深海油氣開采的一個急需突破的重要環(huán)節(jié)。海底管道鋪設的核心裝備是托管架,只有將托管架的能力提升上去,才能從突破深海管道鋪設的瓶頸。我國在2012年建造了具有自主知識產權的海洋石油201鋪管船,使我國的深海管道鋪設技術得到了很大的提升,但是隨著鋪設水深的增加,該裝備也暴露出了一些技術上的不足。本文的目的是針對用于超深水大口徑管道鋪設的托管架在使用過程中出現的問題,提出了設計上的不足。首先對船體的運動進行了總結,闡述了船體運動在時域和頻域上的計算方法,并介紹了船體運動的計算軟件-aqwa和試驗方法；對本文應用的船體數據進行了介紹,并通過譜估計函數對船體運動的功率譜密度進行了計算,得到了船體的運動規(guī)律。其次對托管架在不同工況下的動力特性進行了分析,通過分析發(fā)現托管架在使用過程中,由于管道對托管架剛度矩陣和質量矩陣的影響,會影響托管架的自振頻率,在淺水時這一影響不是很大,但是隨著鋪設水深和鋪設管徑的增加,這一影響對托管架的自振頻率改變比較大,甚至已經接近船體運動的頻率帶。由此提出了在超深水、大口徑管道鋪設環(huán)境下的托管架在設計中存在的問題。然后對虛擬激勵法的計算原理進行了介紹,并對船體-托管架建立了虛擬的動力學方程,根據虛擬激勵的特點,將虛擬激勵變?yōu)橹C響應分析,并利用有限元軟件對其進行了實現。最后,托管架-鋪管船-管道三者是相互耦合的關系,本文將三者進行解耦,用質量點代替管道模擬管道對托管架的慣性作用,將由水池試驗的得到的船體運動數據作為托管架的邊界條件,模擬船體運動對托管架的影響。在通用有限元軟件上實現了虛擬激勵法,并用該方法求得了托管架熱點位置的自功率譜密度函數,運用Dirlik方法計算了托管架熱點應力的概率密度函數,進而對托管架的疲勞壽命進行了評估。文章最后給出了本文的結論以及在設計時需要主要的問題,對用于超深水大口徑管道鋪設的托管架設計具有一定的指導意義。
【關鍵詞】：深水環(huán)境 托管架 虛擬激勵法 隨機振動 管道鋪設
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE95
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 課題研究的背景9-13
• 1.2 海底管道鋪設13-17
• 1.2.1 海底管道發(fā)展趨勢13-14
• 1.2.2 S-lay鋪設技術14-17
• 1.3 超深水托管架面臨的挑戰(zhàn)17-19
• 1.4 本文研究的主要內容19-20
• 2 船體運動20-30
• 2.1 船體運動分析的一般理論20-23
• 2.1.1 船體運動分析的時域方法20-22
• 2.1.2 船體運動分析的頻域方法22-23
• 2.2 船體運動的數值模擬23-24
• 2.3 船體運動的試驗24-29
• 2.3.1 水池試驗24-26
• 2.3.2 船體運動數據及分析26-29
• 2.4 本章小結29-30
• 3 不同工況下托管架動力特性分析30-36
• 3.1 托管架有限元模型30-31
• 3.2 拖航托管架動力特性31-33
• 3.3 鋪設托管架的動力特性分析33-35
• 3.4 本章小結35-36
• 4 船體運動載荷隨機振動理論與運動學方程建立36-46
• 4.1 隨機振動虛擬激勵法的基本理論36-38
• 4.1.1 頻率響應函數36-37
• 4.1.2 虛擬激勵法的基本原理37-38
• 4.1.3 自功率譜密度函數的性質38
• 4.2 船體在平動、轉動作用下深水托管架運動方程38-43
• 4.2.1 方程建立的基本假定38-41
• 4.2.2 船體平動作用情形41-42
• 4.2.3 船體轉動作用情形42-43
• 4.2.4 船體運動激勵下托管架運動方程建立43
• 4.3 虛擬激勵法在ANSYS中的實現方法43-44
• 4.4 算例驗證44-45
• 4.5 本章小結45-46
• 5 鋪設條件下深水托管架的疲勞壽命評估46-59
• 5.1 托管架壽命評估點確定46-50
• 5.1.1 靜態(tài)熱點位置確定46-48
• 5.1.2 動態(tài)熱點位置確定48-50
• 5.2 頻域疲勞分析理論50-52
• 5.2.1 隨機疲勞線性損傷理論50-51
• 5.2.2 Dirlik概率密度函數經驗公式51-52
• 5.3 托管架壽命評估52-58
• 5.3.1 托管架應力功率譜密度52-56
• 5.3.2 托管架疲勞壽命評估56-58
• 5.4 本章小結58-59
• 結論59-60
• 參考文獻60-63
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況63-64
• 致謝64-65

【共引文獻】

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本文編號：1071330