深水铺设托管架模型实验系统设计研究

深水管道S型铺设具有快速、经济、高效的优点,是当今深水管道铺设主流技术,关键在于其特殊装备托管架的设计,难点在于托管架设计及验证方法不足,模型实验是解决该问题的有力方法。通过对深水托管架失效原理、几何及物理参数研究和相似性分析,开展了深水托管架设计实验系统研究;该实验系统能够对不同设计形式的托管架开展室内大比尺实验,为托管架设计验证提供了有力工具,同时也能够为高校的专业实验教学和科学研究提供可靠平台,具有重要工程、科研和教学意义。     

S型铺管的常用数值求解法的探讨

S型铺管法在现阶段海底管道铺设中应用广泛,国内外众多学者对其进行了研究,这些研究给工程应用提供良好的指导。本文分析和总结了国内外在研究S型铺管法时的常用数值求解方法。     

南日岛深水跨海管道供水工程管道敷设方法

介绍了南日岛深水跨海供水管道敷设中选择铺管船法与采用"车槽式"发射架滑道、"圆弧型"托管架滑道进行悬挂式"反S形"管道铺设等施工工艺,不但投资最省、工期最短,而且也很好地解决了深水跨海供水工程施工中的技术难题,可供类似海域条件下跨海供水工程借鉴.     

海底单层保温配重管道安装分析方法研究

海底单层保温配重管道由于制造成本低、铺设效率高,目前已在我国许多近海边际油气田项目中得到应用。从力的传递和变形协调条件出发,对安装状态下的单层保温配重管进行了受力分析,然后采用有限元程序ABAQUS建立单层保温配重管和托管架的三维模型,对其S型铺设过程进行模拟分析,获得了单层保温配重管铺设期间各层的应力分布、层间剪应力以及弯矩沿管线的分布情况。研究工作和分析结果将为单层保温配重管道的安装分析方法提供设计参考,并可为其铺设施工提供实际指导。     

深海S-lay铺设大直径薄壁管道的奇异摄动分析

文中利用奇异摄动理论得到了深海管道S-lay铺设过程中的构型解析解,并研究了不同张紧力、水深以及海流力对管道构型及弯矩的影响.同时,采用有限元法对深海大直径管道铺设过程进行了数值仿真,并与奇异摄动解进行了对比和验证.理论结果表明:其他参数相同时,适当增大张紧力可使管道构型更平缓,对铺管有利;海水越深,管道的构型越陡,靠近海底处管道的弯矩峰值越大,对铺管不利;当管道受到与铺设方向相反的海流力时,海流力越大,靠近海底部管道弯矩的峰值越大,对铺管越不利.     

2.5D与2D织物混杂铺设复合材料力学性能实验研究

根据不同铺层方式设计了五种2.5D和2D织物混杂铺设复合材料。对五种混杂铺设复合材料经、纬向的拉伸、压缩、层间剪切、三点弯曲等性能进行了实验研究并进行相互对比。分析了五种混杂铺设复合材料经、纬向性能的差异以及材料的失效形式,得到了一些有益的结论,为该种材料的结构设计和性能分析奠定了重要的基础。     

海底泵举升系统回流管道内钻井液举升效率

海底泵举升系统是无隔水管钻井液回收(riserless mud recovery,RMR)钻井技术的核心设备,该系统将钻井液和钻屑通过回流管道泵送至钻井平台,能够有效解决深水钻井作业所遇到的泥浆密度窗口过窄的难题,同时能够降低对海洋钻井平台的要求。回流管道作为钻井液和钻屑返出海面的通道,其设计的合理性关系到整个举升系统能否有效运行。结合由钻井液和钻屑组成的混合流体在回流管道内的流动特性,建立回流管道内混合流体流动的控制方程,探究混合流体的流态判别方式,分析回流管道内钻井液举升效率的影响因素。研究成果有望为海底泵举升系统回流管道的设计提供理论依据。     

海底探险

深水潜艇(一种不用钢索能独立活动的潜水器)比起普通潜艇来体积小得多,但其潜水深度却深得多。如“阿尔文”号深水潜艇的潜水深度达4000米,而柴油机电力推进的普通潜艇只能潜入150～200米的深度。深水潜艇能进行各种水下作业,而不像普通潜艇只是被各国海军用于军事目的。深水潜艇除了用于铺设、检修海底管道和电话电缆外,还被用来检修石油钻井平台、为绘制洋底地图而进行的勘     

基于dSPACE的液压式主动稳定杆实验平台设计

为研究液压式主动稳定杆对汽车在高速转向时侧倾稳定性的影响,设计并实现了液压式主动稳定杆硬件在环(hardware-in-the-loop,HIL)仿真实验平台。以单/双轴通用稳定杆实验台架为基础,使用MC9S12DG128单片机为核心设计控制器,利用dSPACE实时仿真系统运行整车动力学模型,研究典型转向工况和不同类型路面激励情况下的液压式主动稳定杆对车辆侧倾稳定性的改善情况。实验结果表明,该实验平台能够很好地模拟实验环境,为主动稳定杆系统的开发提供了有力的支持。     

不同弯型管道内粉尘爆炸传播规律

为探究粉尘爆炸在弯型管道中的传播规律,基于1m³粉尘爆炸测试系统,搭建了S型、U型、90°弯管与长直管道4种结构,利用玉米淀粉为实验介质,测试研究了粉尘爆炸在弯管内的压力发展与火焰传播速度变化规律.结果表明:对于所建立的管道系统,当粉尘浓度相同时,超压峰值在整体管道内的传播呈下降趋势,但其在弯管处的衰减程度会有所降低,且4种管道衰减程度由高到低依次为:直管>90°弯管>S型弯管>U型弯管;火焰在管道内呈持续加速状态,但弯管处的火焰上升幅度明显小于直管,弯管对火焰的传播起阻碍作用.以上研究结论对于除尘系统的防爆设计具有参考价值.     

爆破荷载作用下不同尺寸埋地钢管的动态响应实验研究

爆破荷载作用下埋地管道的动态响应是城市爆破施工中亟需解决的问题,具有重要的理论和现实意义。在理论分析的基础上,通过改变药量、爆心距对不同尺寸埋地无缝钢管进行了现场爆破实验。结果表明:在正常工作压力下钢管内径和管壁厚度的比值越大,当量应力和当量应变越大,同时管道容许压缩应变值随管道内径与管壁厚的比值的增大而减小。通过实测数据分析发现:在相同条件下,S1拉应变为S2拉应变的41%;S2拉应变为S3拉应变的40%;S1压应变为S2压应变的23%;S2压应变为S3压应变的58%。在爆破荷载作用下管道截面三迎爆面环向拉压应变均随着管道内径与管壁厚的比值的增大而增大。实验中S3最易被破坏,S2其次,S1次之。在满足工程需要的前提下可在铺设管道时选择相对管壁厚、内径小的管道,能有效增加抗振性能。     

含孔对称复合层板纤维铺设角度最优设计

复合材料的可设计性使工程设计可延伸到材料设计阶段。这里讨论了“积分型总极值”最优化方法在带孔的对称复合材料层合板纤维铺设角度优化中的一个应用。这里分剐对含椭圆孔、方形孔的单向铺层板、均匀斜交铺层板以及一般对称铺层板的各层纤维铺设角进行了最优化设计，使孔边的应力集中有明显的降低。实例表明“积分型总极值”最优化方法具有优化效果好和收敛速度较快的特点。     

声发射检测技术在管道泄漏信号识别中的应用

对基于声发射技术的管道泄漏检测这一新方法进行了实验研究。从声发射技术的基本理论入手，分析了声发射技术的特点及检测原理，掌握了声发射信号的分析处理方法及源定位技术，然后进一步将声发射检测技术应用于输油管道的泄漏检测，建立了管道泄漏声发射检测模型，并建立了两种泄漏定位模型。对整个检测系统进行了设计，并进行了管道泄漏声发射实验，对管道泄漏声发射信号的特征进行了分析和提取，为进一步的实验研究及现场应用打下基础。     

大型商船分离型轮机仿真实验平台的设计

针对现有轮机仿真系统数据封闭、UI与模型耦合性强、模型利用率低的缺点,基于软件工程中的软件架构设计思想,采用UML建模、数学建模、计算机仿真、计算机通信、智能控制等理论与技术设计分离型轮机仿真实验平台.平台在机舱监测报警系统和三维虚拟机舱中得到应用.应用结果表明,仿真平台具有数据透明、数据点丰富、仿真模型可多次利用的优点.仿真平台可以在实验室环境下代替实船机舱所产生的数据,为船舶智能化、无人化研究提供了基础实验平台.     

基于AQWA的半潜式深水钻井平台运动响应与锚泊系统张力响应分析

根据南海海域海洋981半潜式深水钻井平台的实际工况,分析了该钻井平台与锚泊系统的风、浪、流等环境载荷;以海洋石油981半潜式深水钻井平台作为锚泊定位系统研究的对象,应用AQWA进行模拟仿真,建立了平台的三维模型,并分析了钻井装置在波浪载荷作用下的运动响应;鉴于该深水钻井装置采用12点对称布锚方式被固定在海平面上,通过改变顶部预张力倾角,分析在不同环境载荷下,顶部预张力倾角对锚泊系统的张力响应和钻井装置运动响应的影响。     

自适应支撑式管道检测机器人的通过性设计

针对电力和石油天然气领域中直径为250～350mm管道的检测需求,设计自适应支撑式管道检测机器人,研究其在无障碍弯管与环形台阶障碍管环境下的管道通过性。首先分析管道特点,结合丝杠螺母和弹簧机构设计具有变径自适应能力的机器人行走机构;其次,建立机器人弯管运动学模型及环形台阶障碍动力学模型,进行管内运动的几何约束分析、速度协调分析和动力学分析;然后,在ADAMS中建立虚拟样机仿真平台,对机器人在弯管和环形台阶处的通过性进行仿真研究;最后,搭建机器人管道通过性试验平台进行实验验证。研究结果表明:在无障碍管和障碍管环境下,机器人运行平稳,能顺利通过;在通过弯管时,采用速度协调模型,可减少电机力矩和降低能量消耗;在跨越环形台阶障碍时,机器人电机力矩随台阶高度增大而增加,可通过不高于15 mm的环形台阶障碍。     

往复式压缩机管道系统气流脉动的数值与实验研究

通过实验和数值分析研究了两台往复式压缩机并机运行时管道系统中关键部位的气流脉动,根据计算流体动力学(CFD)方法建立了管道系统流体动力学模型,提出了合理的边界条件,分析了层流和湍流两种模型下管道系统中的气流脉动。通过实验数据对比发现,采用CFD方法中的湍流模型计算管道气流脉动比层流模型更加合理,进而研究了3种不同湍流模型下的气流脉动特性和压力不均匀度,结果表明,标准k-ε湍流模型在计算管道系统气流脉动时最为准确,并适用于研究分析不同转速的压缩机并机运行时管路间的相互影响,及各管路中气流脉动随压缩机转速变化的规律。     

深水J-Lay大直径薄壁管道的理论分析及数值模拟

建立了考虑Brazier效应的管道非线性微分方程,利用奇异摄动理论得到了J-Lay管道形态的解析解,应用迭代法求出管道的弯矩、轴力等关键参数,同时采用有限元法对管道理论解的正确性进行了验证,研究了张紧力、水深以及水流力对J-Lay管道形态和弯矩的影响.理论结果表明:J-Lay管道铺设过程中,其弯矩的峰值总是出现在触底点(TDP)附近的管段,在一定的范围内增加张紧力,管道的形态越平缓、弯矩峰值越小,对铺管越有利;其他参数不变、增加水深时,管道弯矩峰值并不是单调地增加;水流力与铺管方向相反时会增加管道的弯矩峰值,对铺管不利.     

基于迎浪中垂荡响应最小化的超深水半潜式平台型式优化

根据现有深水平台的资料,限定平台主尺度范围,并根据设计任务和船级社规范安全性方面的要求确定约束条件,建立了超深水半潜式平台的数学模型,并以平台在迎浪中的垂荡性能为目标用组合优化的方法进行优化分析.结果表明,该模型和算法可行,能得到全局最优解,适用于半潜式平台的优化设计.     

某核电站高能管道甩击特性及参数影响分析

以某典型核电站主蒸汽管道-防甩件系统为研究对象,采用有限元法分析管道发生假想破口后的甩击特性。首先建立管道-U型箍防甩件的三维有限元模型,测试材料力学性能参数,根据高能管道假想破口力学模型分析了流体喷射力,基于试验结果验证模型的准确性,然后分析管道的甩击力、位移、甩击速度和系统能量变化规律,最后研究悬臂长度、摩擦系数和初始间隙对管道甩击特性的影响.研究结果表明:管道撞击U型箍后保持稳定的小幅振动,甩击速度急剧增大后迅速下降至零值,甩击力呈150 Hz的周期性波动,喷射力做功转化为管道和U型箍的应变能;管道竖向位移随悬臂长度的增大而增大,甩击力随摩擦系数的增大而增大,甩击力还随初始间隙的增大而增大.