【摘要】：水下生產(chǎn)系統(tǒng)是目前深水油氣開(kāi)采的重要生產(chǎn)模式,具有巨大的應(yīng)用前景,而動(dòng)態(tài)臍帶纜作為連接上部浮體與水下生產(chǎn)設(shè)備的通道,是水下生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一。臍帶纜的彎曲剛度是衡量其力學(xué)性能的重要指標(biāo)之一,臍帶纜的彎曲剛度的準(zhǔn)確評(píng)估是強(qiáng)度和疲勞設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。由于臍帶纜內(nèi)部的螺旋結(jié)構(gòu)的存在,使得內(nèi)部構(gòu)件之間的滑移嚴(yán)重影響臍帶纜的彎曲性能。首先,本文針對(duì)一階螺旋結(jié)構(gòu),應(yīng)用Frenet標(biāo)架和Darboux標(biāo)架分別建立螺旋曲線彎曲變形前后空間的坐標(biāo)系,推導(dǎo)彎曲載荷作用下螺旋結(jié)構(gòu)的局部變形,考慮螺旋結(jié)構(gòu)與內(nèi)層構(gòu)件的接觸和摩擦作用,建立單層及雙層螺旋結(jié)構(gòu)的非線性偏微分平衡方程組,并研究了螺旋角和摩擦系數(shù)對(duì)螺旋結(jié)構(gòu)滑移的影響。研究結(jié)果表明,螺旋結(jié)構(gòu)的滑移變化隨螺旋極角呈類(lèi)似三角函數(shù)的周期性變化;切向和副法向滑移隨螺旋角增大而減小,隨摩擦系數(shù)增大而減小。在螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部相互作用研究的基礎(chǔ)上,以我國(guó)自主研發(fā)的目標(biāo)臍帶纜初樣為原型研究了臍帶纜的彎曲性能。分別建立無(wú)鎧裝臍帶纜和鎧裝臍帶纜數(shù)學(xué)模型,基于螺旋結(jié)構(gòu)的微分平衡方程,首先分析了內(nèi)部螺旋結(jié)構(gòu)的局部滑移及受力,對(duì)比了內(nèi)、外層鎧裝鋼絲的滑移和受力區(qū)別。通過(guò)推導(dǎo)臍帶纜的彎矩—曲率關(guān)系得出純彎曲載荷作用下臍帶纜的彎曲剛度。為了驗(yàn)證彎曲剛度的理論結(jié)果,應(yīng)用ABAQUS有限元軟件建立無(wú)鎧裝臍帶纜和雙層鎧裝臍帶纜的有限元模型,模擬臍帶纜的受彎曲載荷作用的變化過(guò)程,擬合臍帶纜彎曲變形后的形狀函數(shù),應(yīng)用其彎矩—曲率曲線分析臍帶纜的彎曲剛度。對(duì)比結(jié)果表明,本文所提出的理論分析方法在全滑動(dòng)階段與有限元模擬的彎曲剛度比較接近,能夠?qū)崿F(xiàn)臍帶纜彎曲性能的快速評(píng)估,為臍帶纜的初步設(shè)計(jì)階段提供理論基礎(chǔ)。
【圖文】：

水下生產(chǎn)系統(tǒng)

保證作業(yè)的安全性。臍帶纜的發(fā)展歷史是人類(lèi)不斷探索海洋、挑戰(zhàn)自然、追求技術(shù)的真實(shí)寫(xiě)照，，是海洋工程的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)過(guò)程的重要縮影。圖1-2 鋼管臍帶纜結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)臍帶纜工作的海洋環(huán)境及在位狀態(tài)，臍帶纜可以分為動(dòng)態(tài)臍帶纜和靜態(tài)臍帶纜兩種（如圖 1-3 所示），直接與上部浮體設(shè)施連接且處于懸掛狀態(tài)的稱(chēng)為動(dòng)態(tài)臍帶纜，鋪設(shè)在海床的稱(chēng)為靜態(tài)臍帶纜。靜態(tài)臍帶纜的功能為連接水下井口，受波流載荷的作用較小，主要承受的載荷為管道內(nèi)外壓強(qiáng)載荷以及溫度載荷。因此，對(duì)靜態(tài)臍帶纜主要從其海底在位穩(wěn)定性的角度進(jìn)行分析和評(píng)估[5]。動(dòng)態(tài)臍帶纜由于直接與浮體連接，受浮體運(yùn)動(dòng)的作用影響較大，而且無(wú)論安裝鋪設(shè)狀態(tài)和還是在位狀態(tài)時(shí)，動(dòng)態(tài)臍帶纜都受到復(fù)雜的海洋環(huán)境，而對(duì)動(dòng)態(tài)臍帶纜基本性能的研究是強(qiáng)度設(shè)計(jì)和疲勞設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TE952

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊志勛;馬國(guó)君;閻軍;盧青針;岳前進(jìn);;基于半數(shù)值方法的臍帶纜拉彎能力曲線分析研究[J];船舶力學(xué);2018年02期

2 侯靜;高原;石錦坤;魏偉榮;;荔灣3-1氣田深水臍帶纜豎直鋪設(shè)技術(shù)研究與應(yīng)用[J];海洋工程;2018年05期

3 魏會(huì)東;苗春生;尹漢軍;姜瑛;邢厚寬;;水下臍帶纜終端設(shè)施的研制及應(yīng)用[J];石油機(jī)械;2015年04期

4 王文明;張仕民;徐克彬;李寅;郭志平;王曉華;郭毅;;海洋臍帶纜張緊器總體方案設(shè)計(jì)[J];石油礦場(chǎng)機(jī)械;2013年05期

5 文綱;段夢(mèng)蘭;王德國(guó);王瑩瑩;劉軍鵬;曾礦遙;;臍帶纜液壓管線材料的應(yīng)用特點(diǎn)與選擇分析[J];石油工程建設(shè);2012年02期

6 閻軍;楊志勛;趙盼盼;胡海濤;盧青針;岳前進(jìn);;海洋工程鋼管臍帶纜截面強(qiáng)度可靠性分析[J];中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2018年01期

7 萬(wàn)波;陳景fg;楊清峽;蘇鋒;陳斌;;深水臍帶纜浮力塊配置優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];石油礦場(chǎng)機(jī)械;2018年01期

8 陳凱;夏峰;陳金龍;潘矗直;;鋼管臍帶纜的設(shè)計(jì)技術(shù)[J];電線電纜;2018年01期

9 廖洪千;李懷亮;劉軍;王立權(quán);鞠明;;臍帶纜鋪設(shè)中張緊器總體方案設(shè)計(jì)[J];機(jī)電信息;2015年36期

10 陳希恰;宋磊建;杜夏英;萬(wàn)軍;付世曉;;深海臍帶纜總體響應(yīng)特性研究[J];海洋工程裝備與技術(shù);2015年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前8條

1 張大朋;白勇;朱克強(qiáng);張?zhí)煊?毛W毞

本文編號(hào)：2594381