本文關鍵詞：海洋柔性立管疲勞試驗機設計與分析

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【摘要】：目前海洋油氣資源開采后的運輸方式主要有三種方式,分別是容器運輸、管道運輸、容器-管道混合運輸。目前世界各國大部分都采用管道運輸作為其主要的油氣運輸方式。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,例如其易彎曲、方便鋪設、并且可回收、經(jīng)濟性能好,并且比剛性管更適應海洋環(huán)境。海洋柔性立管受循環(huán)應力作用(波浪、海流、船體等)較多的表現(xiàn)出軸向拉伸應力及橫向彎曲應力。在不斷的循環(huán)應力下管體會發(fā)生疲勞破壞,影響使用壽命。柔性立管的設計需要通過試驗驗證其合理性。本文設計了立管全尺寸疲勞試驗機,該試驗機可以對柔性立管施加彎矩與軸向拉力使立管完成拉彎組合試驗。通過該試驗機可以獲得規(guī)定循環(huán)次數(shù)下立管內(nèi)部結構的可靠性測試結果和最終狀況。本文首先通過對柔性立管疲勞試驗的原理對試驗機進行結構設計,該結構為臥式結構,通過拉伸端提供張力以及擺動端提供驅(qū)動以模擬柔性立管工作環(huán)境。然后利用有限元軟件對試驗機的主要機構進行靜力分析以驗證結構強度,并對試驗機進行了最大工況條件下的壽命分析。建立了試驗機與樣管的剛柔耦合模型,通過多體動力學軟件對試驗機的運動干擾問題、液壓缸以及樣管運動問題進行了仿真分析,并利用線性獨立矢量法對試驗機的平衡性進行了研究。最后對試驗機的動力學特性研究,對試驗機進行模態(tài)分析確定了試驗機在自由模態(tài)、約束模態(tài)以及預應力模態(tài),得到了各種模態(tài)下的固有頻率及振型。并對試驗機進行了諧響應分析,得出了其在簡諧載荷條件下的動力學響應。
【關鍵詞】：柔性立管 疲勞試驗機 結構設計 運動學與動力學
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 技術路線圖19-20
• 2 軟管疲勞試驗基礎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 疲勞損傷累積效應與法則21-22
• 2.2 柔性立管的疲勞22-23
• 2.3 立管的試驗工況23-26
• 2.4 立管試驗模型26-28
• 2.4.1 立管理論模型26
• 2.4.2 試驗樣管相關參數(shù)26-28
• 2.4.3 試驗機設計相關參數(shù)28
• 2.5 本章小結28-29
• 3 疲勞試驗機的設計29-47
• 3.1 疲勞試驗機的設計原理及方案29-30
• 3.2 驅(qū)動機構設計30-32
• 3.2.1 驅(qū)動方式選擇30-31
• 3.2.2 液壓缸型號的選擇31-32
• 3.2.3 驅(qū)動機構位置分析32
• 3.3 試驗機整體結構設計32-38
• 3.4 試驗機材料的選擇38-39
• 3.5 主體框架結構有限元分析39-42
• 3.6 試驗機機體的疲勞壽命42-46
• 3.6.1 旋轉銷軸疲勞理論計算43-45
• 3.6.2 疲勞壽命有限元分析45-46
• 3.7 本章小結46-47
• 4 疲勞試驗機的運動學分析47-68
• 4.1 運動學分析47-52
• 4.1.1 擺動機構運動學分析47-51
• 4.1.2 柔性管的運動學分析51-52
• 4.2 試驗樣管與防彎器的柔性化52-55
• 4.3 運動學仿真55-63
• 4.3.1 運動干涉問題研究55-57
• 4.3.2 彎曲液壓缸相關運動參數(shù)57-60
• 4.3.3 拉伸液壓缸與試驗樣管運動分析60-63
• 4.4 試驗機平衡問題63-67
• 4.5 本章小結67-68
• 5 試驗機結構動力學特性及試驗機建造68-85
• 5.1 結構動力學分析68-69
• 5.2 模態(tài)分析69-78
• 5.2.1 模態(tài)分析基礎69-71
• 5.2.2 模態(tài)分析過程71-72
• 5.2.3 無預應力模態(tài)72-75
• 5.2.4 預應力模態(tài)75-78
• 5.3 試驗機的諧響應分析78-82
• 5.3.1 諧響應分析基礎78-79
• 5.3.2 諧響應分析的要點及過程79-80
• 5.3.3 諧響應分析結果80-82
• 5.4 試驗機建造情況82-84
• 5.5 本章小結84-85
• 6 總結與展望85-87
• 6.1 本文總結85
• 6.2 工作展望85-87
• 參考文獻87-90
• 致謝90-91
• 個人簡歷91

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本文編號：525748