原文传递
缓波形钢悬链立管分析与优化设计
| 论文题名： | 缓波形钢悬链立管分析与优化设计 |
| 关键词： | 钢悬链立管;疲劳特性;时域方法;缓波构型 |
| 摘要： | 随着海洋油气开采不断向深海发展，工程中对立管系统有了更高的要求。钢悬链立管由于外形简单、易于建造安装，有较高的性价比，成为立管设计的首选，但其存在的问题是触地区域疲劳损伤严重，且随着水深的增加，对平台的负荷越来越大，因此在悬链线基础上发展出了缓波构型的钢悬链立管。缓波形钢悬链立管的工程应用较少，为保证立管工作的安全性，必须进行强度与疲劳等特性分析。此外，由于浮力材的添加，立管构型更加复杂，不同构型的钢悬链立管强度与疲劳等性能不同，这为缓波形钢悬链立管的设计带来很大不确定性，由于涉及到的参数众多且互相影响，由此引出了对立管构型优化问题的探讨。 首先，本文基于时域方法与 S-N曲线，采用 OrcaFlex对简单钢悬链立管以及缓波形钢悬链立管进行对比分析，包括立管静态和动态强度、疲劳等方面，探讨缓波形钢悬链立管整体特性及优势。结果表明：缓波形钢悬链立管整体动态响应变化幅值较小，对平台运动以及慢漂具有更好的适应性；其疲劳危险点为立管顶部应力节下端、浮力材段和触地点；相对于简单悬链线立管，缓波形立管顶部以及触地点区域的疲劳性能得到显著改善，触地点疲劳寿命可提高近1个数量级。 其次，探究不同设计参数对缓波形立管整体强度和疲劳特性的影响，结果表明：浮力材的位置、长度与密度对缓波形立管整体强度影响很大；水动力系数对立管整体疲劳寿命有较大影响，土体刚度和内流密度对触地点疲劳影响较大，应谨慎选取。 在上述分析的基础上，本文探讨了缓波形立管的优化方法，基于遗传算法并采用不同的方案对立管构型进行优化设计。优化目标分别为最小化立管静态等效应力、最小化立管动态等效应力、最大化立管疲劳寿命，设计变量为立管各段长度以及浮力材的密度。优化结果表明：静态与动态强度优化使得立管对平台的负荷得到有效降低，且等效应力也有所降低，但没有起到提升立管疲劳寿命的作用；以疲劳作为目标的优化，其疲劳寿命得到了显著提高，同时优化后的立管也具有良好的动态强度性能，是最满足要求的优化方式。 本文对缓波形钢悬链立管的强度、疲劳等关键特性进行了分析，并探索其构型的优化方法，对立管的设计分析工作具有一定的参考价值。 |
| 作者： | 徐莹 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 宋儒鑫 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
