浮筒转塔式系泊系统中的动态管缆数值分析

借助有限元法,结合非线性时域分析,对浮筒转塔式系泊(Buoyant Turret Mooring,BTM)系统与FPSO脱离前后分别采取不同的分析策略,解决其柔性立管、动态脐带缆和动态电缆(合称动态管缆)的设计分析工作量大以及所面临的高度非线性和强耦合等难题.以我国南海某BTM系统的动态管缆的分析为例,借助专业立管分析软件Orcaflex展示该类系统的数值建模和分析技术,并通过极值和疲劳的分析与评价阐述此类工程设计的技术特点.     

管道J型铺设参数和安装特性的有限元仿真

为提高海洋工程作业效率,应对海上多变的环境条件,针对管道J型铺设建立包括作业船、管线和海床在内的有限元仿真模型并实现三者之间的相互作用.开展静态和动态分析,完成关键作业参数选取和管线的结构完整性评估.利用静态分析得到不同残余张力下管线的铺设姿态和等效应力分布,用于指导海上工程作业,提高作业效率;采用动态分析方法评估环境条件对工程作业过程的影响.J型铺设安装过程的有限元仿真可为保证管线铺设安全可靠地执行、降低海洋工程作业的风险提供参考.     

汽车柔性管线运动仿真分析技术及其应用

针对汽车柔性管线的设计和布置缺乏动态仿真支持的问题,基于Cosserat弹性杆理论提出一种柔性管线运动仿真分析技术。以某车型制动软管为例进行建模和动态仿真分析,并对其动态仿真模型进行试验验证。仿真结果与实车测试结果一致性较高,证明仿真技术可靠,可为汽车柔性管线的设计和布置提供依据。     

基于正交仿真试验的柔性网开网参数评估方法

针对短时高动态、流固耦合现象严重导致柔性网低空展开过程不确定性问题,提出一种综合运用极差法与方差法的参数评估方法;对影响柔性网空中开网效果的弹体速度、弹射角度、牵引头质量、弹射速度、弹道倾角等5项参数开展灵敏度研究,评估开网参数对开网性能的影响;仿真试验结果表明,柔性网展开面积主要取决于弹射速度、弹射角度及牵引头质量;柔性网滞空时间与牵引头质量、弹射速度、弹射角度均呈负相关关系;柔性网有效拦截面积与牵引头质量、弹射速度、弹射角度均呈正相关关系;该方法能够减少试验运算和数据处理工作量,可有效应用于非线性、高动态的柔性网空中开网过程控制参数灵敏度分析,可为柔性网开网参数设计提供理论支撑。     

空中动态悬跨缆设计及极值疲劳分析

从工程实际问题出发,利用实测资料,对渤海上的一个连接FPSO与固定导管架平台的动态悬跨缆进行基本的线型设计.借助Orcaflex软件对动态缆响应进行非线性时域分析,在不同海况下对动态缆进行极值分析和疲劳分析,进而对其进行安全评估,指出管缆的危险区域.结果对类似的悬跨缆设计、分析以及对其危险区域的保护等工作有实际参考意义.     

深水表层钻井随钻压力与温度监测装置设计

深水表层钻井随钻压力与温度监测装置是监测深水表层钻井过程中井底当量循环密度（ECD）和循环温度的重要工具。通过深水表层钻井随钻压力与温度监测装置,现场技术人员可以实时掌握井下环空压力、钻柱内压和温度等工程参数,进而了解和分析井下工况,为深水表层钻井作业和动态压井钻井技术提供指导。设计的深水表层钻井随钻压力与温度监测装置以ARM为核心,利用数据采集技术和通信技术,实现了随钻压力与温度的采集传输。完成的深水表层钻井随钻压力与温度监测装置具有体积小、功耗低、抗振动和抗高温和低温的优点。监测装置已经在我国南海第一口深水井LW6—1—1井的领眼井中成功进行应用试验,验证了其在深水无隔水管钻井条件下的机械强度、稳定性、可靠性,测量得的数据能真实反映钻井工况。     

超超临界直流炉核心模型的建立与仿真分析

为了系统地研究超超临界直流炉蒸汽发生器的动态特性,以泰州电厂1000MW超超临界直流炉为研究对象,通过合理简化和机理分析,采用非线性集总参数移动边界的方法,建立了蒸汽发生器的数学模型。建模过程中,针对相变点的位移问题,将相变点的位置作为独立变量置入模型,成功解决了超超临界工况下大扰动动态仿真所面临的问题。通过二次建模,使计算机的仿真更便于实现。在仿真模型的基础上,针对亚临界和超超临界两种典型工况,进行动态仿真,试验结果与实际系统的动态特性相符。通过模型的建立,为超超临界直流炉系统工程分析和大规模火电厂仿真机的开发打下了良好的基础。     

滚动时域估计在连续搅拌釜式反应器中的应用研究

针对连续搅拌釜式反应器的多变量、非线性、带约束等特点,设计一种基于滚动优化原理的滚动时域估计方法.对比扩展卡尔曼滤波和滚动时域估计两种方法,在滚动时域估计中采用扩展卡尔曼滤波近似代替到达代价函数,并通过改变滚动时域窗口的大小有效地减小估计过程中的误差.仿真结果表明:滚动时域估计优于扩展卡尔曼滤波,能够有效地处理带约束化工过程中非线性系统状态估计问题.     

高g值压阻加速度计动态特性与阻尼的关系研究

为了避免高g值压阻加速度计在工作过程中出现结构易损坏、响应信号精准度低的问题,需要在设计过程中合理调整阻尼参数。基于高g值传感器固有频率高、上升时间短两个特性,通过建模仿真从时域和频域两方面分析了阻尼对传感器动态响应特性的影响。得出阻尼比范围在0.10～0.25时高g值压阻加速度计动态特性较好,并通过实验验证了仿真分析的正确性,为设计过程中阻尼参数的调整提供了重要依据。     

基于SystemView的DSSS通信仿真与分析

利用一个完整的动态系统设计、仿真和分析的可视化环境SystemView,构造直接序列扩频通信系统仿真模型,利用该模型仿真分析,得到从信源扩频、调制、加噪声、到解扩和滤波等各个环节的直接序列扩频通信系统的时域图及其相关的时域技术数据,为通信系统设计技术的研究提供支持。结果表明直扩系统的抗干扰能力远远大于普通的二进制系统。     

深海采矿扬矿系统水下构形与动力学特性数值仿真

深海多金属结核开采系统的扬矿系统主要由扬矿硬管、扬矿泵、中间仓、扬矿软管等组成的长管线系统构成,其水下运动学和动力学行为,决定了深海采矿的成败.运用非线性有限元方法,建立了基于1000m深海采矿试验扬矿系统的有限元模型,进行了系统水下空间构形的静态和动态数值仿真,计算分析了海洋环境中的波流载荷,软管长度,软管集中吊挂浮力配置,以及采矿船和集矿机的运动状态等因素,对系统空间构形,尤其对软管形态的影响.水下管线的液动力载荷采用Morison公式计算.     

6000m深海扬矿系统仿真分析

深海多金属结核开采系统的扬矿系统主要由扬矿硬管、扬矿泵、中间仓、扬矿软管等组成的长管线系统构成,其水下的运动学行为,决定了深海采矿的成败.运用几何非线性有限元理论对6000m深海采矿系统的扬矿系统进行了力学分析;在扬矿系统受管道及管内流体重力,海水浮力以及水平液动力作用的情况下,用有限元方法分别对几种工况下的扬矿系统进行了仿真计算,其结果可作为扬矿系统的设计和操作控制的依据.     

蛇形供水管道机器人头部结构设计与运动学分析

管道机器人被广泛应用于管道检测领域,为适应小口径带压供水管网的检测,设计了一种小体型的蛇形管道机器人头部结构,不仅有着良好的防水抗压效果,且该结构引入连续体机器人的特点,采用绳驱柔性体和关节旋转的配合动作来进行姿态变换,使得机器人头部运动更加灵活,能够在150mm-300mm的小口径自来水管道中自由移动,有着广泛的可达任务空间;运用等效D-H方法建立机器人的运动学模型,计算出其正、逆解析表达式,并使用蒙特卡罗法在Matlab中绘制出机器人头部的可达任务空间图,最后将设计的虚拟样机模型在Adams仿真软件中进行仿真分析;运动学分析和虚拟样机模型的仿真分析结果表明,所提设计方案合理可行,满足应用设计需求。     

复杂载荷作用下海洋非黏结柔性管道 三维受力特征分析

针对海洋柔性管道结构特征复杂、受力分析困难、复杂载荷作用下力学机理不明确的问题,考虑各功能层层内和层间的摩擦接触行为,建立某海洋非黏结柔性管道三维非线性有限元模型,分析其在内压、外压、轴向力和扭矩作用下的受力特征。研究结果表明：海洋非黏结柔性管道在外载荷作用下容易产生波节性变形特征;外压主要由外侧抗压铠装层承担,内压主要由内侧抗压铠装层承担,轴向力主要由抗拉铠装层承担,扭矩主要由与其旋向相反的抗拉铠装层承担。参考该分析结果,可有针对性地对某特定功能层进行优化设计以提高海洋非黏结柔性管道的预期力学性能。     

软管安装管卡的夹持力分析与试验验证

为缩短软管管卡结构设计周期并降低成本,建立软管及管卡的三维模型和有限元模型,用Abaqus求解管卡夹持力与软管和管卡之间相对位移的关系.抽拉试验表明仿真分析结果与试验结果吻合较好.该仿真分析方法可以为今后的管卡设计提供参考.     

外流作用下管道流固耦合非线性动力学研究进展

管道广泛应用于海洋、核电以及航空航天等重大工程中,是采油平台、蒸汽发生器等重要工程装备的关键结构之一.当有外部流体经过时,管道会发生流固耦合振动行为,是导致重大装备振动破坏和失效的重要原因之一,已成为重大工程设计必须解决的关键问题.本文针对外流作用下柔性管道流固耦合非线性动力学机理这一科学问题,梳理了国内外学者的重要研究成果,重点分析了柔性管道分别在横向外流和轴向外流作用下的流固耦合非线性振动行为.从实验研究、仿真分析和理论建模等方面进行了深入地探讨,揭示了外部流体对管道动力学行为的影响机制.最后,对当前国内外研究现状进行了简要的总结,并给出了这一研究仍存在的难点与挑战.     

System-Based Approaches for Structural Optimization of Flexible Mechanisms

This paper reviews the state-of-the-art methods to perform structural optimization of flexible mechanisms. These methods are based on a system-based approach, i.e. the formulation of the design problem incorporates the time response of the mechanism that is obtained from a dynamic simulation of the flexible multibody system. The system-based approach aims at considering as precisely as possible the effects of nonlinear dynamic loading under various operating conditions. Also, the optimization process enhances most existing studies which are limited to (quasi-) static or frequency domain loading conditions. This paper briefly introduces flexible multibody system dynamics and structural optimization techniques. Afterwards, the two main methods, named the weakly and the fully coupled methods, that couple both disciplines are presented in details and the influence of the multibody system formalism is analyzed. The advantages and drawbacks of both methods are discussed and future possible research areas are mentioned.     

大变形柔性管道两相流流致振动研究

针对柔性管道内段塞流引起的结构大变形流致振动问题,本文采用分区强流固耦合方法建立了面向大变形两相流输运管道的双向流固耦合数值计算模型.基于流体体积法对气液两相流动界面进行追踪并结合任意拉格朗日-欧拉(ALE)动网格方法考虑流体域网格变形,同时采用有限元方法建立了柔性管道动力学模型,根据流体和管道壁面的相互作用构建强流固耦合计算模型.研究表明,在两相流作用下柔性管道的振动主要以类似一阶和二阶振动模态响应为主且会发生模态切换；模态切换与管内的液塞长度、液塞流动频率以及气液塞在管内的轴向分布有关；管道的大变形振动促进了短气塞的融合并显著改变了液塞的长度和频率,进而影响管道的振动和流型转变界限.     

连通管位移测量系统U型管模型的动态特性研究

连通管位移测量系统中,液体作为测量的特殊敏感元件,其动态特性研究的滞后一直制约着系统进行动态测量的应用。以等直径U型连通管为模型,推导了液体系统的传递函数,得到影响液体动态特性的上升时间、峰值时间、最大超调量和调整时间等4个时域性能指标,通过分析知连通管的直径、液体总长以及液体的运动粘滞系数是影响液体动态特性的主要因素,在此基础上,完成了动态特性实验。结果表明:实验值与理论推导值基本吻合,使用连通管式测量系统进行低频动态测量是可行的。