本文關(guān)鍵詞：海洋柔性立管疲勞試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)與分析

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【摘要】：目前海洋油氣資源開采后的運(yùn)輸方式主要有三種方式,分別是容器運(yùn)輸、管道運(yùn)輸、容器-管道混合運(yùn)輸。目前世界各國大部分都采用管道運(yùn)輸作為其主要的油氣運(yùn)輸方式。而管道又可分為兩類,即剛性管道與柔性管道。柔性管較之于剛性管有很多優(yōu)點(diǎn),例如其易彎曲、方便鋪設(shè)、并且可回收、經(jīng)濟(jì)性能好,并且比剛性管更適應(yīng)海洋環(huán)境。海洋柔性立管受循環(huán)應(yīng)力作用(波浪、海流、船體等)較多的表現(xiàn)出軸向拉伸應(yīng)力及橫向彎曲應(yīng)力。在不斷的循環(huán)應(yīng)力下管體會(huì)發(fā)生疲勞破壞,影響使用壽命。柔性立管的設(shè)計(jì)需要通過試驗(yàn)驗(yàn)證其合理性。本文設(shè)計(jì)了立管全尺寸疲勞試驗(yàn)機(jī),該試驗(yàn)機(jī)可以對(duì)柔性立管施加彎矩與軸向拉力使立管完成拉彎組合試驗(yàn)。通過該試驗(yàn)機(jī)可以獲得規(guī)定循環(huán)次數(shù)下立管內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可靠性測(cè)試結(jié)果和最終狀況。本文首先通過對(duì)柔性立管疲勞試驗(yàn)的原理對(duì)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),該結(jié)構(gòu)為臥式結(jié)構(gòu),通過拉伸端提供張力以及擺動(dòng)端提供驅(qū)動(dòng)以模擬柔性立管工作環(huán)境。然后利用有限元軟件對(duì)試驗(yàn)機(jī)的主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行靜力分析以驗(yàn)證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,并對(duì)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了最大工況條件下的壽命分析。建立了試驗(yàn)機(jī)與樣管的剛?cè)狁詈夏Ｐ?通過多體動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)動(dòng)干擾問題、液壓缸以及樣管運(yùn)動(dòng)問題進(jìn)行了仿真分析,并利用線性獨(dú)立矢量法對(duì)試驗(yàn)機(jī)的平衡性進(jìn)行了研究。最后對(duì)試驗(yàn)機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性研究,對(duì)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行模態(tài)分析確定了試驗(yàn)機(jī)在自由模態(tài)、約束模態(tài)以及預(yù)應(yīng)力模態(tài),得到了各種模態(tài)下的固有頻率及振型。并對(duì)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了諧響應(yīng)分析,得出了其在簡(jiǎn)諧載荷條件下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。
【關(guān)鍵詞】：柔性立管 疲勞試驗(yàn)機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE973.92
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-20
• 1.1 研究背景及其意義11-14
• 1.2 問題闡述14-15
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4 本文的主要工作17-19
• 1.5 技術(shù)路線圖19-20
• 2 軟管疲勞試驗(yàn)基礎(chǔ)20-29
• 2.1 疲勞理論20-22
• 2.1.1 材料的疲勞性能20-21
• 2.1.2 疲勞損傷累積效應(yīng)與法則21-22
• 2.2 柔性立管的疲勞22-23
• 2.3 立管的試驗(yàn)工況23-26
• 2.4 立管試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>26-28
• 2.4.1 立管理論模型26
• 2.4.2 試驗(yàn)樣管相關(guān)參數(shù)26-28
• 2.4.3 試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 3 疲勞試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)29-47
• 3.1 疲勞試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)原理及方案29-30
• 3.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)30-32
• 3.2.1 驅(qū)動(dòng)方式選擇30-31
• 3.2.2 液壓缸型號(hào)的選擇31-32
• 3.2.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)位置分析32
• 3.3 試驗(yàn)機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32-38
• 3.4 試驗(yàn)機(jī)材料的選擇38-39
• 3.5 主體框架結(jié)構(gòu)有限元分析39-42
• 3.6 試驗(yàn)機(jī)機(jī)體的疲勞壽命42-46
• 3.6.1 旋轉(zhuǎn)銷軸疲勞理論計(jì)算43-45
• 3.6.2 疲勞壽命有限元分析45-46
• 3.7 本章小結(jié)46-47
• 4 疲勞試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析47-68
• 4.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析47-52
• 4.1.1 擺動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析47-51
• 4.1.2 柔性管的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析51-52
• 4.2 試驗(yàn)樣管與防彎器的柔性化52-55
• 4.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真55-63
• 4.3.1 運(yùn)動(dòng)干涉問題研究55-57
• 4.3.2 彎曲液壓缸相關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)57-60
• 4.3.3 拉伸液壓缸與試驗(yàn)樣管運(yùn)動(dòng)分析60-63
• 4.4 試驗(yàn)機(jī)平衡問題63-67
• 4.5 本章小結(jié)67-68
• 5 試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性及試驗(yàn)機(jī)建造68-85
• 5.1 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析68-69
• 5.2 模態(tài)分析69-78
• 5.2.1 模態(tài)分析基礎(chǔ)69-71
• 5.2.2 模態(tài)分析過程71-72
• 5.2.3 無預(yù)應(yīng)力模態(tài)72-75
• 5.2.4 預(yù)應(yīng)力模態(tài)75-78
• 5.3 試驗(yàn)機(jī)的諧響應(yīng)分析78-82
• 5.3.1 諧響應(yīng)分析基礎(chǔ)78-79
• 5.3.2 諧響應(yīng)分析的要點(diǎn)及過程79-80
• 5.3.3 諧響應(yīng)分析結(jié)果80-82
• 5.4 試驗(yàn)機(jī)建造情況82-84
• 5.5 本章小結(jié)84-85
• 6 總結(jié)與展望85-87
• 6.1 本文總結(jié)85
• 6.2 工作展望85-87
• 參考文獻(xiàn)87-90
• 致謝90-91
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷91

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