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柔性立管静态构型分析及防弯器设计
| 论文题名： | 柔性立管静态构型分析及防弯器设计 |
| 关键词： | 深海采油;柔性立管;静态构型;抗弯刚度;防弯器设计;集中质量法 |
| 摘要： | 在海洋石油工业中，深海采油已经成为主流。随着平台及FPSO工作水深的增加，海洋柔性立管以其对深水环境良好的适应性，得到了广泛的应用。由于深水柔性立管的布置缺乏实际的工程经验和有效的布置参数，对其结构形态进行简要分析就变得十分重要。在柔性立管的使用过程中，由于立管和平台的连接处的刚度不连续，容易在此处发生应力集中和过度弯曲现象，通过在该部位加装防弯器可以防止该现象的发生，保证平台安全生产。防弯器是立管整体结构中的重要部分，而迄今为止，国内还没有对防弯器的结构设计做过相关研究。 本文采用集中质量法对柔性立管进行静态构型分析，对典型的集中质量模型进行修改，将弯矩转化为结构内力施加在节点上，考虑了抗弯刚度在柔性立管变形过程中的影响。应用悬链线理论将柔性立管的边界条件和边界值之间进行转换，将位移边界条件转换为力的边界条件。采用该模型对悬链线型式布置的柔性立管和柔性跨接管进行分析，发现考虑了抗弯刚度之后的结构整体横向位移受到限制，单元的弯矩减小，在悬挂张力和悬挂角度相同的情况下，单元内部的张力减小。 同时，本文还对柔性立管的重要附件一一防弯器进行了分析。采用基于进化策略的优化算法，对防弯器进行了优化设计，目的是找到符合结构设计要求且结构变形合理的防弯器，并尽量减小其体积。在优化过程中，首先通过对防弯器的几何参数进行敏感性分析，分析了防弯器结构中各几何参数对其防弯效果的影响，确定了影响较大的几何参数，并将其作为结构优化中的主要参数;对经典的进化策略方法进行修改，确定本文优化程序的流程。制定恰当的适应函数，其中包括防弯器体积、防弯器最大曲率和最大曲率发生位置的函数;根据结构优化的目标，制定优化的适应函数。最后，通过弹性梁模型模拟柔性立管和防弯器的组合结构，对优化后的结构进行校核分析。 通过将优化结果和经典防弯器的几何参数进行对比，本优化程序的计算结果和经典防弯器的结构几何参数近似，计算数值收敛性和稳定性较好，表明本文所用的优化程序计算结果可靠，具有在一定范围内寻求最有解的能力，本文所用程序在优化效果较好，且要优于传统的遗传算法。 |
| 作者： | 姬鸾 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 黄一;张崎 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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