本文關(guān)鍵詞：深水鋪設(shè)環(huán)境下托管架結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題研究

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

【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(diǎn)。近10年來,全球新發(fā)現(xiàn)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(shù)、高風(fēng)險(xiǎn)的開發(fā)模式,其中海底管道鋪設(shè)技術(shù)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(shè)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(shè)的瓶頸。我國在2012年建造了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的海洋石油201鋪管船,使我國的深海管道鋪設(shè)技術(shù)得到了很大的提升,但是隨著鋪設(shè)水深的增加,該裝備也暴露出了一些技術(shù)上的不足。本文的目的是針對用于超深水大口徑管道鋪設(shè)的托管架在使用過程中出現(xiàn)的問題,提出了設(shè)計(jì)上的不足。首先對船體的運(yùn)動進(jìn)行了總結(jié),闡述了船體運(yùn)動在時域和頻域上的計(jì)算方法,并介紹了船體運(yùn)動的計(jì)算軟件-aqwa和試驗(yàn)方法；對本文應(yīng)用的船體數(shù)據(jù)進(jìn)行了介紹,并通過譜估計(jì)函數(shù)對船體運(yùn)動的功率譜密度進(jìn)行了計(jì)算,得到了船體的運(yùn)動規(guī)律。其次對托管架在不同工況下的動力特性進(jìn)行了分析,通過分析發(fā)現(xiàn)托管架在使用過程中,由于管道對托管架剛度矩陣和質(zhì)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(shè)水深和鋪設(shè)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(jīng)接近船體運(yùn)動的頻率帶。由此提出了在超深水、大口徑管道鋪設(shè)環(huán)境下的托管架在設(shè)計(jì)中存在的問題。然后對虛擬激勵法的計(jì)算原理進(jìn)行了介紹,并對船體-托管架建立了虛擬的動力學(xué)方程,根據(jù)虛擬激勵的特點(diǎn),將虛擬激勵變?yōu)橹C響應(yīng)分析,并利用有限元軟件對其進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。最后,托管架-鋪管船-管道三者是相互耦合的關(guān)系,本文將三者進(jìn)行解耦,用質(zhì)量點(diǎn)代替管道模擬管道對托管架的慣性作用,將由水池試驗(yàn)的得到的船體運(yùn)動數(shù)據(jù)作為托管架的邊界條件,模擬船體運(yùn)動對托管架的影響。在通用有限元軟件上實(shí)現(xiàn)了虛擬激勵法,并用該方法求得了托管架熱點(diǎn)位置的自功率譜密度函數(shù),運(yùn)用Dirlik方法計(jì)算了托管架熱點(diǎn)應(yīng)力的概率密度函數(shù),進(jìn)而對托管架的疲勞壽命進(jìn)行了評估。文章最后給出了本文的結(jié)論以及在設(shè)計(jì)時需要主要的問題,對用于超深水大口徑管道鋪設(shè)的托管架設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：深水環(huán)境 托管架 虛擬激勵法 隨機(jī)振動 管道鋪設(shè)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(shè)13-17
• 1.2.1 海底管道發(fā)展趨勢13-14
• 1.2.2 S-lay鋪設(shè)技術(shù)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(nèi)容19-20
• 2 船體運(yùn)動20-30
• 2.1 船體運(yùn)動分析的一般理論20-23
• 2.1.1 船體運(yùn)動分析的時域方法20-22
• 2.1.2 船體運(yùn)動分析的頻域方法22-23
• 2.2 船體運(yùn)動的數(shù)值模擬23-24
• 2.3 船體運(yùn)動的試驗(yàn)24-29
• 2.3.1 水池試驗(yàn)24-26
• 2.3.2 船體運(yùn)動數(shù)據(jù)及分析26-29
• 2.4 本章小結(jié)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(shè)托管架的動力特性分析33-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 4 船體運(yùn)動載荷隨機(jī)振動理論與運(yùn)動學(xué)方程建立36-46
• 4.1 隨機(jī)振動虛擬激勵法的基本理論36-38
• 4.1.1 頻率響應(yīng)函數(shù)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(shù)的性質(zhì)38
• 4.2 船體在平動、轉(zhuǎn)動作用下深水托管架運(yùn)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(zhuǎn)動作用情形42-43
• 4.2.4 船體運(yùn)動激勵下托管架運(yùn)動方程建立43
• 4.3 虛擬激勵法在ANSYS中的實(shí)現(xiàn)方法43-44
• 4.4 算例驗(yàn)證44-45
• 4.5 本章小結(jié)45-46
• 5 鋪設(shè)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(diǎn)確定46-50
• 5.1.1 靜態(tài)熱點(diǎn)位置確定46-48
• 5.1.2 動態(tài)熱點(diǎn)位置確定48-50
• 5.2 頻域疲勞分析理論50-52
• 5.2.1 隨機(jī)疲勞線性損傷理論50-51
• 5.2.2 Dirlik概率密度函數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式51-52
• 5.3 托管架壽命評估52-58
• 5.3.1 托管架應(yīng)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(jié)58-59
• 結(jié)論59-60
• 參考文獻(xiàn)60-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況63-64
• 致謝64-65

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：1071330