深水S型铺管托管架-船体-管线耦合分析

为了研究S型铺管过程中托管架-船体-管线之间的耦合作用,采用管线与托辊之间的接触机理来模拟这种耦合作用.用广义弹性面接触法模拟托管架上的托辊;铰接方式连接管线上弯段莫里森杆;PID控制理论用来模拟船的动力定位.通过计算得到了铺管作业工况下船体的运动响应和管线对船体运动贡献力.同时通过S型铺管弯曲应力经验公式验证计算结果的正确性.结果表明,低频波浪对铺管作业有较大影响,耦合作用力不容忽视.计算铺设管线的工作海况时建议考虑托管架与管线的相互作用.     

超深水S型铺管的局部变形分析

为了研究超深水S型海底管道铺设时管道截面的局部变形及应力分布,以"海洋石油201"铺管船为例,首先建立"铺管船-托管架-管道-海底"的整体铺管模型,计算托辊支撑处管道承受的荷载组合:弯矩、轴力、剪力和托辊反力。再建立"托辊-管道"相互作用的局部精细有限元模型,计算了上弯段管道截面的局部变形和应力分布。研究结果可为超深水大口径S型铺管船的极限铺设能力分析提供参考。     

深水S型铺设托管架参数分析

为讨论托管架几何参数对深水管道S型铺设的影响,本文利用有限元方法,考虑了托管架结构刚度影响,分析了铺设过程中管道与托管架的接触、管道大变形等非线性问题,讨论了托管架长度、曲率半径及托辊间距和高度等参数对S-lay的影响.计算结果表明,有限元法可有效解决深水铺设的强非线性问题;托管架几何形状是提高整体铺设能力的主要参数,托辊布局影响管道局部安全,托辊高度对管道上弯段的影响更显著.     

鹅颈型管道水流行性初步研究

对鹅颈型管道的水流运动特性进行了 初步的试验研究和理论分析。分别用毕托管、毕托柱和毕托球量测试了鹅颈型管道的压力分布和流速分布,并给出其分布规律以及上下游弯头二次流的特征。提出了“抑制效应”、“准二次流”概念。研究结果表明,鹅颈型管道水流运动的特性主要取决于过渡段芭及弯头的转角和相对曲率半径。     

振动作用下地下管道与土动力作用的试验研究

以实验室模型试验为手段,测试了振动条件下输流管道周边测点动应力时程数据,得出了振动条件下输流管道周边动应力分布规律,对比分析了充液管道与空管道、刚性管道与柔性管道对动应力分布影响。测试结果表明,输流管道在下方振动波作用时,管道周边动应力分布差异较大;充液管道产生的动应力大于空管道周边产生的动应力;柔性管道产生的动应力小于刚性管道。     

深水S型铺管收弃管作业分析

为研究深水S型铺管收弃管（A/R）作业过程管道的形态与受力特性,运用刚悬链线理论建立管道静平衡微分方程,结合缆索受力与铺管船移动,给出迭代求解两阶段作业过程管道与缆索形态的数值计算方法,并开发收弃管作业计算分析程序,模拟2 000 m水深弃管操作过程.结果表明,第1阶段,铺管船需要向前移动,以使A/R绞车施加的张力保持不变,管道形态变得平缓,管道内张力逐步增加而弯矩减小;第2阶段,铺管船静止,A/R绞车施加的张力需要逐步减小,管道形态变陡,管道内张力减小而弯矩迅速增加.与铺管专业软件OFFPIPE计算得到的结果吻合较好,验证了计算分析程序的有效性和实用性,从而可为实际深水管道铺设设计提供理论依据.     

S型初始铺管缆索和管道耦合系统仿真分析

为构建实时动态的深水铺管作业视景仿真系统,本文以"海洋石油201"铺管船为研究对象,考虑船舶运动、波浪载荷、海流载荷以及动力定位等对管线和初始缆的动态影响,建立了管道和缆索动态的微分方程组。利用梁理论,对管道振动特性进行分析,建立了管道振动方程。基于微分求积法确定微分方程组边界条件,利用显式差分法迭代获得振动方程数值解。通过仿真实验分析了不同海况、工况下管道的形态以及管道关键位置的作用力;对管道和缆索耦合系统进行分析,并构建了实时计算的初始铺管仿真系统的动态模型。研究结果表明:海况由2 m浪高增加到4 m浪高时,管线最大张力增大了4.55 k N,管道脱离点横向位移增大了41%;海况和船舶运动幅度增大,会加剧管线的振动幅度和持续距离。将仿真结果与商业软件进行对比,误差率保持在4%以内,满足仿真系统的准确性要求。     

3000m起重铺管船铺管作业率研究

针对3 000 m起重铺管船的运动性能,对其铺管作业率做了相应的研究。将模型试验得出的规则波运动响应的每个自由度的n个数据点通过样条差值的方法编写到不规则波响应谱中,并采用变步长勒让德-高斯积分的方法求解出船舶不规则波运行的单幅最大值。同时,与SESAM程序软件的计算结果作对比,经研究,验证了该计算方法的有效性。最后,将计算出的一系列单幅最大值与相应校准值作比较,根据海况资料,将所有满足条件的一系列不规则波的发生概率相加,则起重铺管船在特定工况下的铺管作业率得到了求解。     

海管S型初始铺设仿真算法

为准确模拟初始铺管作业中管道和起始缆的形态,创建一个逼真的深水铺管起重船铺管作业虚拟训练环境.针对S型铺管作业中的初始铺管作业,以Euler-Bernoulli梁理论为基础,对初始铺管管道和缆索进行静态分析,建立几何非线性微分方程,且对管道与缆索微分方程边界条件难以确定导致方程无法求解的问题,提出一种基于微分求积法的迭代方法,该方法能够准确地实现边界条件的确立,从而完成微分方程的求解.仿真和实验分析不同作业状态下管道与缆索的形态与内力变化,结果证明了初始铺管整体算法的准确性.该方法提高了微分方程求解精度且计算量少,易于程序实现,可用于海上铺管作业方案的工程预演,可行性分析和优化作业方案等.     

深水锚泊主动式截断试验执行机构运动前馈控制

为了研究深水锚泊系统主动式截断模型试验,针对驱动锚泊线截断点处的执行机构运动跟踪控制问题,选择Stewart平台作为截断点的运动执行机构,基于Matlab/Simulink建立执行机构及其驱动电机的运动模型。利用白噪声测试对驱动电机进行系统辨识,根据辨识结果设计前馈控制算法及干扰观测器。集成仿真验证前馈控制对执行机构运动跟踪的控制效果。研究结果证明:前馈控制能够提高执行机构运动的运动跟踪速度且减小50%的运动跟踪误差,为搭建锚泊系统主动式截断模型试验平台提供理论基础。     

PVC管道施工机械手夹持对接装置的研究

目的研究与开发管道施工机械手，解决地下埋设管线施工中的安全、施工质量和施工效率及夹持对接装置的核心技术问题．方法研究与分析了机械手的夹持对接装置的工作原理，管节在工作中受力状态和改善管节受力的措施，制造了管道机械手的实验用样机，以挖掘机为运载平台，用机械手实现管节的就位与对接．并在现场进行了实验．结果验证了这种夹持对接装置的工作原理和各主要部分的力学分析表达式，给出的改善管节受力状态的措施切实可行、结论机械手夹持对接装置的原理和所得到的计算表达式可以应用于产品开发。提出的改善管节受力状态的措施有助于机械手安全可靠地工作。提高管道施工的机械化水平．     

钻杆自动传送系统结构设计及运动学分析

结合大陆科学钻探钻机的施工要求,设计了钻杆自动传送系统,介绍了结构组成及工作原理;通过对系统模型进行运动学理论分析,得到了系统的雅克比矩阵,为系统的速度分析、运动控制等进一步研究提供了基础。利用ADAMS仿真软件对系统建立仿真模型,得到了末端机械手运动学仿真曲线,验证了设计方案的可行性。台架试验表明,该系统能够准确完成设定的动作要求,实现钻杆传送功能。     

深井排水系统井筒管路托管梁力学分析

针对深井开采给井筒排水系统管路托管梁设计带来的托管梁承受载荷大、选型困难、不易安装等问题。采用理论和实际相结合的方法,以某深井副立井为例,采取措施取消了温度力载荷;研究U型管卡对托管梁载荷的分担作用;通过PROE软件,运用ANSYS对托管梁进行有限元分析,创造性地将梁的加强措施融入选型过程。从三个方面对深井排水系统井筒管路托管梁进行力学分析,在保证系统安全的基础上,达到了降低托管梁载荷的效果,托管梁的规格也随之下降。     

端部约束悬臂输流管道的非线性动力学特性

针对悬臂端受线性弹簧支承和扭转弹簧约束的约束悬臂输流管道,采用分岔图、相平面图、Poincare截面和Lyapunov指数等非线性振动的数值仿真方法,研究其在自激-参数激励-外激励联合激励作用下的非线性动力学特性,分析系统出现周期和混沌运动响应的参数条件,揭示其通向混沌的途径,探寻各参数对输流管道振动特性的影响规律和各参数之间的相互制约关系.数值仿真结果表明,管道系统随质量比、端部约束刚度和管道粘弹性系数的不同,分别呈现周期、概周期、阵发性和混沌运动多种响应形式,系统通过倍周期分岔或阵发性进入混沌,通过倍周期倒分岔脱离混沌.     

步进式冷床优化设计

以某钢管厂步进式冷床升降系统为例,介绍了冷床升降系统的工作原理,根据运动分析建立了力学模型,并进行了详细的静力分析、计算,绘出了一个步进周期内电机负荷的曲线图,采用均方根法进行驱动电机的优化选型和校验,最后采用平衡锤抵消部分负载力矩的方式改善了电机的负载状况.     

柔性蠕动管道机器人的力学特性分析

为提高对管道复杂环境的适应性,实现机器人平稳、可靠行走,对柔性蠕动管道机器人进行了结构优化设计和力学特性分析.该机器人由前机体、导向头、后机体、柔性弹簧轴和行走轮组成,在管道中可实现蠕动行走,并能在一定范围内自主适应管道内径和形状的变化.通过机器人运动特性分析,对机器人在管道内行走时的支撑力、行走牵引力及通过弯管时的受力进行了分析,并分别建立了数学模型.根据机器人驱动力和阻力的分析结果,推导了机器人蠕动行走的条件.搭建了实验测试平台,对机器人进行实验的结果证明了设计和分析的有效性.     

升速轧制对热轧带钢层流冷却出口温度的影响

采用传热学原理建立了层流冷却温度有限差分模型,并用现场实测数据对水冷换热系数进行了自适应修正.对德盛1 150 mm热轧带钢层流冷却过程的温度变化进行了数值模拟,建立了一套层流冷却温度仿真系统,分析和研究升速轧制时带钢在层流冷却中温度变化的趋势.结果表明,层冷出口温度受带钢的速度影响较大,在升速过程中,如果不采用集管动态喷水调节,带钢温度出现前低后高的现象,并且随着加速度的增加带钢前后温差越大.以此为依据,现场过程自动化系统L2级硬件采用过程服务器,基础自动化系统L1级硬件采用西门子PLC,L2级和L1级软件分别在C++和Step7V5.4下编程实现,并采用了带钢头尾宏跟踪和过程自动化系统采用带钢样本微跟踪的控制策略,对处于变速及高速运动中的带钢沿长度方向逐点实施控制,用动态调节的冷却集管系统来保证在速度变化期间带钢层流冷却出口温度的稳定性.     

血液处理管路截止部件的设计

阐述血液处理仪管路截止部件的设计原理，以及在血液处理仪产品中的应用．通过步进电机带动凸轮轴转动时带动截止杆上下运动，造成截止杆上端PVC管有序的开闲，从而实现过滤后的原血、清理用盐水和浓缩红细胞三条管路的关和闭，通过临床验证，血液处理仪管路截止部件使用安全、可靠，行之有效，且对血液细胞几乎不造成破坏。     

钢管捆自动成形系统电液比例控制研究

为了满足钢管生产过程中对钢管捆成形和包装的需要，对钢管捆自动成形电液比例系统进行了模糊比例-积分-微分(PID)控制研究.基于该系统的组成和工作原理，分析了双缸管排水平定位和竖直定位堆放控制问题，给出了管排竖直定位堆放误差的补偿算法.采用专家智能控制与模糊PID控制技术相结合，得到了具有二级结构的模糊PID控制策略，并对实际系统设计了相应的模糊PID控制器.系统控制结果表明，模糊PID控制器能修正各控制参数，提高了系统控制的自适应性和鲁棒性.与常规的PID控制器相比较，该控制器具有更好的系统运行性能.