基于整体分析的钢悬链线立管触地点动力响应分析

在立管动力平衡系统的力学模型中考虑浮式平台的惯性作用和管-土相互作用,研究在不同参数激励下钢悬链线立管触地点动力响应。基于大挠度柔性索理论,分别采用具有弯曲刚度的大挠度细长梁、弹性地基梁模拟立管的悬垂段和流线段,考虑触地点处的大曲率,建立了立管的三维有限元模型,利用Galerkin方法对运动方程离散为一组非线性二阶常微分方程,运用Newmark-β法求解离散方程。通过在立管的动力方程中引入δ函数来体现浮式平台对立管的惯性和水动力影响,将悬链线立管与浮式平台作为一个整体进行动力分析,以工程中实际使用的1800m水深的钢悬链线立管为例,通过对立管顶部进行谐波激励,分别就水动力系数、管内流体密度和海床土体刚度对立管特征点动力分析的影响进行分析,研究表明：水动力系数的改变对立管触地点的动力响应的影响较为显著,主要体现在弯矩和张力幅值的增加;管内流体密度不同,触地点位置不同,表明立管在输送不同液体或气体可能发生疲劳破坏的位置也不同;而海床土刚度对立管触地点区域的弯曲应力影响较大,对轴向应力则影响不大,其结果对SCR设计具有重要的指导意义。     

深水钢悬链线立管非线性有限元静力分析

基于大挠度柔性索理论,采用可曲线梁模型模拟钢悬链线立管,考虑触地点挠度的影响,对CABLE3D程序进行了二次开发.同时考虑浮式结构运动和钢悬链线立管与海底相互作用问题,分析了Spar平台静态偏移引起的钢悬链线立管静态位形、顶张力、触地点弯矩以及挠度影响下节点有效张力的变化趋势.分析表明:浮体运动将引起立管顶张力和触地点...     

钢悬链线输流立管顶部浮体激励非线性响应研究

钢悬链线立管在上部附体激励作用下的动力响应在立管的性能化设计中是非常重要的。本文作者考虑钢悬链线立管轴向大应变的特性以及弯曲刚度和内流的影响,利用Hamilton原理和拉格朗日应变理论建立了立管的二维动力学模型。将外部流体的非线性作用力用Morison方程表示,通过Hermite插值函数对动力学方程进行离散,采用平均加速度法求解立管的动力响应。探讨了弯曲刚度的存在、内流流动和外部流体的非线性作用力对立管受浮体激励顺流向动力响应的影响。     

非线性管-土作用下钢悬链线立管触地区疲劳分析

基于P-y曲线建立非线性管-土相互作用模型,分别运用大挠度曲线梁和弹性地基梁单元模拟钢悬链线立管(Steel Catenary Riser, SCR)的悬垂段和流线段,研究周期运动下管-土相互作用响应和SCR触地区的疲劳分析。SCR具有复杂的非线性动态行为,特别是触地点区域,由于海床模型的不确定性,一直是数值模拟的难点。通过Fortran编写子程序嵌入CABLE3D,开发得到包括非线性管-土作用模型的新程序CABLE3D RSI,围绕SCR与海床相互作用响应和立管的整体动力分析等内容展开研究;根据时域内的动力响应,运用S-N曲线法得到触地点区域的疲劳损伤分布情况,研究有关参数对疲劳损伤的影响。结果表明:1) 周期载荷作用下,立管在海床上形成的沟槽逐渐发展,相比于线弹性和刚性海床非线性海床分布力更加符合工程实际;2) 海床刚度模型、土剪切强度以及吸力因子都对立管触地区的疲劳损伤具有重要影响。     

钢悬链线立管振动响应影响因素分析

海洋立管内部一般有高压的油或气通过,这将对立管的振动响应产生较大的影响。首先研究SCR管内流体的流速对结构固有频率的影响,结果表明：立管的固有频率随着管内流体流动速度的增加而降低,应在设计时予以足够重视。另外又分析悬链线立管张力随水深的变化规律,计算考虑变张力的立管固有频率,比较分析弯曲刚度对固有频率的影响。结果表明：弯曲刚度对前10阶频率影响不大。因此,在计算低模态的涡激振动时,可以忽略弯曲刚度的影响。     

钢悬链式立管与海床相互作用模拟方法研究

基于大挠度曲线梁模型和弹性地基梁理论,研究了钢悬链式立管与海底相互作用的模拟方法。采用大挠度曲线梁模拟钢悬链式立管的悬垂段,采用弹性地基梁模拟海底流线段。钢悬链式立管与海底相互作用模型不仅考虑了弹性支撑反力和摩擦力,还考虑了动态效应的阻尼力和液化土的吸力。分析表明,采用大挠度曲线梁和弹性地基梁模型分析钢悬链式立管,其单元尺寸的影响较小,可采用较大的计算单元,从而缩短计算时间、减少内存。基于该方法的开发程序与商用程序OrcaFlex吻合较好,但对单元长度的敏感性远远小于OrcaFlex。     

剪切流下钢悬链线立管涡激振动响应研究

给出线性轴向张力下顶端张紧式立管忽略弯曲刚度时的固有频率和模态振型解析解,与Shear7给出的结果进行比较。结果表明:在低于20阶模态数时,两种方法得到的固有频率能很好地符合;在高于20阶模态数时,随模态数的增加,两种方法得到的固有频率结果差距也逐渐变大,因此弯曲刚度不能忽略。由悬链线方程将钢悬链线立管等效为顶端张紧立管,通过研究顶端张紧式立管的涡激振动响应来研究钢悬链线立管的涡激振动响应。研究发现钢悬链线立管的静态位移与转化之后的等效立管均方根位移组成了类似于锯条的形状。     

深海钢悬链立管时域疲劳寿命预估研究

研究了钢悬链立管(SCR)时域非线性动力分析用于疲劳寿命预估。随着海洋工业不断往深海进发,过去十年内钢悬链立管成为众多油田开发的优选方案。然而,对于钢悬链立管设计而言疲劳是个关键难题。钢悬链立管的非线性动力特性显著,与频域方法相比,时域分析能够模拟非线性水动力载荷以及结构的非线性特性。本文数值模拟了海洋环境载荷作用下SCR的非线性结构动力响应,利用S-N曲线对立管进行整体疲劳寿命预估。对影响SCR疲劳寿命的各参数进行敏感度分析,输入的敏感度分析参数包括拖曳力系数、浮力因子、海床土体硬度等,研究表明疲劳寿命的预估结果与这些参数相关,所给出的结论便于设计人员更好理解钢悬链立管动力特性,选择合适的参数用于立管疲劳设计。     

考虑刚体转动的钢悬链线立管出平面运动分析

随着油气资源勘探和开发活动不断向深海发展, 钢悬链线立管(SCRs)成为深海浮式生产系统油气输送的首选立管。该文在钢悬链线立管动力学模型研究中提出一种新模型：SCR刚体转动模型, 该模型基于SCR悬垂段大曲率的考虑, 假定立管为绕悬挂点与触地点连线形成的转动轴的刚体转动系统, 并将该转动效应以惯性力和水动力阻尼的形式与立管弯曲振动耦合, 进行立管的出平面运动分析。数值模拟算例表明, 刚体转动效应对钢悬链线立管的动力响应具有较大影响, 为立管动力分析中不可忽略的运动分量。     

带柔性接头的深海立管动力特性和非线性静力响应分析

深海立管各段之间并非完全刚性连接，本文提出了一种柔性接头的物理模型并建立了整个立管系统的控制方程，研究了柔性接头对立管动力特性和几何非线性静力响应的影响，可用于控制和改善立管的动力响应     

架空电线在悬链状态下的非线性振动响应分析

本文推导了考虑初始弛度的输电线的非线性振动偏微分方程 ,并采用伽辽金过程而得到常微分方程。应用多尺度法和L -P(Lindstedt_poincare)法求得了受谐扰力和脉冲激励的输电线非线性振动响应的近似解。分析了初始弛度对响应的影响 ,得到了一些有益的结果。这些结果对于架设电线或维护输电线安全 ,都将是有益的参考。     

基于向量式有限元的深水顶张力立管动力响应分析

向量式有限元法亦称有限质点法是以向量式力学与数值计算为基础的一种结构行为分析的创新性方法。该方法将结构离散为一系列质点的集合,质点间采用单元连接,单元没有质量,只承受内力,质点的运动则直接采用牛顿第二定律来表达,采用中央差分的显式积分法求解质点群各时刻运动方程。首次将该方法应用于顶张力立管的动力行为分析中,采用平面弯曲杆件元模拟质点间的相互作用力,推导了立管质点运动公式,编制相应Matlab求解程序,计算了立管在海流、波浪作用下的动力响应特性并与基于传统有限元法的结果进行了对比分析,表明该方法在立管行为分析中的正确和有效性,并指出了该方法在处理其它立管形式行为分析中的优势。     

钢悬链式立管涡激振动流固耦合非线性分析方法研究

随着油气资源勘探和开发活动不断向深海发展,钢悬链式立管(SCRs)成为深海浮式生产系统油气输送的首选立管,涡激振动是钢悬链式立管设计的核心问题。本文运用柔性索理论,采用具有弯曲刚度的大挠度细长梁模型模拟SCR,并根据本文提出的钢悬链式立管非锁定区考虑流固耦合的两向涡激振动模型,研究立管尤其是触地点处的涡激振动特性,算例表明,考虑流固耦合的两向涡激振动模型能够较好的模拟钢悬链式立管的涡激振动,可进行均匀流场中涡激振动的研究分析;钢悬链式立管触地点处的涡激振动响应较大且复杂,应作为SCR涡激振动研究的关键点。     

深水刚悬链线立管限位锚安装与限位链回接技术研究

刚悬链线立管（Steel Catenary Riser,简称SCR）通常用于深水浮式平台的油气输送管道,其水下端通常通过管线终端（Pipeline End Termination,简称PLET）与海底管线相连,水上端悬挂在平台上方,浮式平台与海底之间的立管呈现出悬链线构型。由于受到风浪流影响,浮式平台和立管会在一定的范围内移动,这就对海底的立管以及末端的PLET形成了拖拽力,从而可能导致管线或PLET移位或管线连接受损,导致油气泄露。SCR限位锚是采用吸力桩形式形成锚点,通过限位链连接立管管体,形成立管限位,从而保障立管的在位安全。     

浮体垂荡激励下深海悬链线立管触地端动力响应及沟槽发展研究EI北大核心CSCD

基于Randolph-Quiggin非线性管土作用模型,借助ABAQUS Subroutine功能中的User Defined Element(UEL)拓展模块创建钢悬链线立管触地单元,研究了顶端垂荡激励下立管触地段动力响应特性。通过与模型试验结果比较分析,验证了开发的数值分析模型的合理性,并讨论了其相较传统线性管土作用模型体现出的优势。开展参数敏感性分析,深入探讨了立管顶端垂荡幅值及周期对沟槽形状、立管位移及弯矩响应等的影响效应。     

深水钢悬链式立管与浮式平台整体分析方法研究

本文提出了钢悬链式立管与浮式平台整体分析模型，将SCR和浮式平台作为一个系统进行整体分析，基于Cable3D程序开发出整体分析程序，并分别采用耦合法和整体分析方法分析了浮式平台作用下的SCR的运动响应及SCR对平台运动的影响，研究表明，整体分析方法可以很好的反映结构之间的动力效应，立管系统对平台的运动的响应幅值有一定影响。     

输电铁塔的几何非线性动力响应分析

本文对由单角钢组成的输电铁路，考虑了节点偏心的影响，采用常加速度Ｎｅｗｍａｒｋ法对其几何非线性动力响应进行了分析，在每一时间步内采用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法进行迭代。在风荷载和阶跃荷载作用下，对一个实际输电铁路按不同结构体系情况的几何非线性受力特性进行了计算分析和比较，得出了一些有益的结论。     

基于悬链线理论的海带打结原理研究

机械化海带打结是当今未解决的技术难题,目前研制的海带打结机难以达到产业化要求的99%的打结成功率. 为了研究海带打结机的海带成结原理并提高海带打结成功率,利用悬链线理论对海带打结过程进行了分析. 建立了海带线的悬链线数学模型,提出了端点等高、端点不等高和受到端点外其他约束等各种悬链线方程的解法,分析了海带线打结过程中4个不同阶段所处的状态,通过将海带线在4种状态下的空间曲线向指定平面投影的方法研究了打结原理,结果表明海带线符合扭转打结法的条件,证明了此种海带打结方法的正确性和可行性,为提高海带打结机打结成功率提供了理论上的指导.     

基于接触非线性的车-路耦合系统动力响应分析

采用四分之一车辆模型和三维线弹性沥青路面模型,借助ANSYS有限元分析软件,将车、路有限元模型通过接触单元联系在一起,进行了接触非线性瞬态求解。分析了车辆匀速行驶过一段路面时车-路耦合系统的动力响应特点。通过修改系统参数,计算分析了行车速度、路面平整度、基层模量、轮胎刚度、轮胎阻尼、悬架刚度、悬架阻尼等七个参数对车-路耦合系统动力响应的影响。最后分析了车-路耦合系统的共振问题。结果表明：在文章给定的路面结构组合下,最大纵向拉应力和最大横向拉应力均出现在基层和底基层结合处,容易导致疲劳破坏的产生;沥青面层层底剪应力是导致其破坏的主要原因;控制协调好车-路耦合系统中的各个参数,对提高路面寿命和行车舒适性有重要意义;车-路耦合系统的共振问题不容忽视。     

随机参数齿轮系统的非线性动力响应分析

建立了物理参数和几何参数均为随机变量,并考虑具有齿轮侧隙、轴承间隙、时变刚度、齿间摩擦力和静态传递误差的齿轮-转子系统非线性振动的动力学方程。利用Newmark-β逐步积分法将此随机参数时变刚度系统的非线性动力学方程转换为随机参数的拟静力学控制方程,利用求解随机变量函数数字特征的代数综合法和矩法,导出了系统动态位移响应的均值和均方差计算公式。算例结果表明：齿轮模数的随机性对系统响应的随机性影响较大,摩擦系数对系统振幅的影响不可忽视,特别当齿轮的间隙大于10?5m时,系统的振幅受其影响增大。关键词：随机参数;齿轮-转子系统;非线性动力学;Newmark-β法;时变刚度