海上外输漂浮软管的结构角度设计研究

海上外输漂浮软管是FPSO 外输原油的唯一通道,是复合型橡胶软管,具有结构复杂及材质多样性特点,且缺乏相关的设计规范及标准,理论体系尚不完善。使用有限元分析方法对一段典型结构的外输漂浮软管进行分层建模,分析其帘线层结构角度对拉伸和弯曲性能的敏感度,给出了不同工况下结构角度对拉伸和弯曲的影响,最后对外输漂浮软管实物进行试验验证,并与国际通用OCIMF 标准进行比较,为指导以后管道的优化设计,实现外输漂浮软管国产化提供参考。     

水下系泊浮筒结构设计方法研究

以一种水下系泊浮筒结构为对象,对其设计方法展开研究．采用标准}￡紊流模型计算不同拓扑结构的浮筒管段截面的绕流阻力系数,应用Morison方程和波浪理论计算波流作用下浮筒结构的流体力,利用梁弯曲理论计算浮筒调整装置系泊位置,基于非线性有限元理论分析连接结构强度．在此基础上,研究系泊浮筒管段截面形状、浮筒结构刚度和浮筒连接结构强度等参数的设计方法,试图探索水下系泊浮筒结构设计理论与方法．通过设计实践,验证了水下系泊浮筒结构设计理论与方法的有效性．     

扭矩与外压联合作用下海底管道的屈曲研究

针对海底管道在铺设和服役期间受到扭矩与外压联合作用发生屈曲的问题,进行缩比尺管道实验和有限元建模分析,对管道的变形和压溃规律进行研究．以缩尺比管道实验为基础,利用ABAQUS有限元软件,对实验管件在扭矩与外压联合作用下的压溃破坏进行模拟,并与实验结果进行对比,验证模型的可靠性．基于有限元分析,研究了扭矩和外压联合作用下管道的截面变形和承载极限．研究结果表明,管道受扭矩作用时,管道截面椭圆度与扭矩是近似指数相关,扭矩较小时,截面无明显变形;当扭矩接近扭矩承载极限时,椭圆度剧增.管道受扭矩和外压联合作用时外压对管道变形影响更大,管道的破坏以压溃屈曲为主,截面为“哑铃状”．管道椭圆度缺陷越大,外压承载极限越小;管道承受的扭矩载荷越大外压承载极限越小;得到了扭矩与外压承载极限的无量纲关系曲线,此关系不受椭圆度影响,扭矩越大外压承载极限的下降速率越大;建议海底管道设计扭矩不超过扭矩承载极限值的70%,以提升管道在扭矩与外压联合作用下的安全性．P-T路径比T-P路径更危险,载荷路径引起的管道承载极限差异在10%以内,椭圆度会降低载荷路径的影响差异．     

基于ABAQUS软件的海上漂浮软管接头剥离破坏的数值分析

海上漂浮输油软管在拉伸载荷作用下,管接头失效的主要形式为管本体内层橡胶复合材料与接头钢制短节的剥离损伤.本文以8吋海上漂浮输油软管为例,采用ABAQUS软件中零厚度的内聚力单元模拟粘合剂,数值分析拉伸载荷作用下软管接头的剥离损伤的问题,提出软管接头粘合剂的剥离损伤力学分析方法,为海上漂浮输油软管接头结构的承载能力分析以及接头的结构改进设计提供依据.     

复杂荷载作用下短腐蚀管道的数值仿真研究

本文采用数值仿真的研究手段,建立了腐蚀管道在复杂荷载作用下的三维非线性有限元分析模型,对短腐蚀管道在复杂荷载作用下的灾变过程展开研究,评估了腐蚀管道剩余极限承栽力.讨论了管道腐蚀深度、腐蚀宽度、径厚比等参数对处于不同内压水平下的短腐蚀管道破坏模式和控制标准的影响.结果表明,腐蚀管道剩余极限承载力大小不仅与管道所受内压、轴向力和弯矩荷栽三者比例有关,同时还会受到腐蚀深度等参数不同程度的影响.     

锈蚀钢筋混凝土框架节点力学性能退化研究

目的找出不同钢筋锈蚀率对钢筋混凝土框架节点承载力的退化规律,进而为老旧框架节点的修复与加固提供依据.方法考虑柱端轴压比、约束条件等实际情况,且考虑钢筋强度折减以及钢筋与混凝土之间的摩擦作用,采用位移法对钢筋混凝土框架节点核心区没有配置箍筋的15个模型进行非线性数值分析.结果相同轴压比下,随着钢筋锈蚀率的增大,承载力降低,退化幅度逐渐增大,当锈蚀率达到10%,承载力基本不变,但构件已由延性破坏变为脆性破坏;相同锈蚀率下,增大轴压比,构件的承载力、极限位移呈现出先增大后减小的趋势,轴压比取0.4时,节点表现出较好的力学性能.结论钢筋锈蚀率与轴压比是影响节点力学性能的重要因素.过大钢筋锈蚀率和过大轴压比导致框架节点受单调荷载作用时的极限承载力与极限位移损失严重,节点的强度在锈蚀初期便表现出明显的退化趋势.     

碳纤维布增强开孔混凝土板的受力性能

推导了碳纤维加固开孔平板开裂荷载和极限荷载的计算公式，该式简洁易用且计算结果和试验结果吻合较好．同时采用有限元方法对碳纤维增强钢筋混凝土开孔平板在均布荷载作用下的受力特性进行了分析，并与试验结果进行了比较．结果表明，选择合理的有限元数值模型，可以较好地模拟碳纤维增强钢筋混凝土开孔平板的受力性能．根据数值分析结果，对加固后的受力机理进行了探讨，讨论了采用碳纤维加固后对钢筋的影响，同时也分析了开孔大小、位置和碳纤维层数对受力性能的影响．     

车辆荷载谱作用下简支T梁力学性能

由自编程序VLS(vehicle load spectrum--车辆荷载谱)构造随机车辆荷载谱,利用有限元程序将一般运行状态下的随机车辆荷载谱加载于简支T型钢筋混凝土梁上,模拟该梁在车辆荷载通过时的动力响应,得到了T梁位移时间历程曲线以及梁压区混凝土和拉区钢筋的应力时间历程曲线,并分析了压区混凝土和拉区钢筋的疲劳性能.结果表明车辆荷载谱作用下T梁动挠度大于汽车-20和挂车-100静荷载作用下的挠度;压区混凝土及拉区钢筋的最大应力均介于汽车-20和挂车-100静荷载作用下的应力值之间;T梁疲劳寿命可达到2×106,但不超过2×107;拉区钢筋不能够满足混凝土规范关于疲劳验算的规定,需要进行验算.     

海底椭圆管道在扭矩和水压作用下的屈曲压溃研究

在实际工程中海底管道往往具有一定的椭圆度,椭圆管道受到扭矩作用会影响其极限承载力.对于服役前受到扭矩作用的等壁厚椭圆管道,通过理论推导得到了其在弹性阶段的位移方程,并建立数值模型对理论方法进行了验证.利用有限元中的弧长法对椭圆管道在服役中的塑性屈曲压溃进行了数值模拟,研究了壁厚、一致椭圆度、外径等敏感性因素对其压溃压力的影响.同时分析了椭圆管道在服役过程中受到扭矩作用后的屈曲压溃特性.结果表明,尺寸参数及扭矩加载路径会对管道极限承载力产生明显影响,分析结果可为实际工程应用提供参考.     

冻融循环后钢筋与再生混凝土黏结性能梁式试验有限元分析

目的研究钢筋与再生混凝土梁式试件在不同冻融循环次数下的黏结性能,为再生混凝土结构的设计与使用提供借鉴.方法基于有限元软件ABAQUS中的接触法,建立以再生混凝土冻融损伤变量为参数的冻融损伤模型,以实际钢筋与再生混凝土黏结滑移梁式试验为基础,扩大试验参数范围,对冻融循环后的再生混凝土梁式试件进行黏结滑移数值模拟分析.结果使用接触法模拟钢筋与再生混凝土黏结滑移具有一定的可行性,数值模型结果与试验结果基本吻合,各模拟曲线与试验曲线整体趋势基本相似;在扩大参数范围后的模拟中,极限荷载随着冻融次数的增加而降低,冻融次数每增加50次,试件极限荷载下降约7%.结论再生混凝土在同一强度等级下,随着冻融循环次数的增加,极限荷载逐渐降低,冻融损伤逐渐增大,强度越低,冻融损伤越严重;当冻融循环次数与测试钢筋直径一定时,极限黏结荷载随钢筋锚固长度的增大而增大.     

FLNG-LNGC系统中卸料软管的服役条件研究

浮式液化天然气生产储卸装置应用于深远海和边际油田,采用串靠卸载方式对环境的适应性好,安全性较高,是浮式液化天然气海上卸载系统的发展趋势。考虑了风、浪、流与系泊浮体的耦合作用,进行了浮式液化天然气装置与液化天然气运输船串靠模型水池试验,研究了多浮体系统的耦合运动特性,并对不同组合工况和连接方式下串靠卸载系统中液化天然气卸料低温软管的两端固定点间的相对运动特性进行了分析。结果表明,对于外转塔式单点系泊条件下串靠卸载作业,浮式液化天然气装置与液化天然气运输船间采用双缆连接时,其运动稳定性优于单缆；卸料低温软管的长度设计应考虑风浪流非同向组合的外输点相对运动中的最大距离,软管端部设计则应考虑风浪同向组合中转角的动态变化范围。     

复合筒型基础浮运允许压差研究

复合筒型基础分舱间允许压差对其安全运输具有重要意义,针对复合筒型基础浮运过程中允许压差问题,以某海上风电项目中复合筒型基础浮运工程为背景,基于有限元软件ABAQUS定量分析了复合筒型基础浮运过程中允许压差与基础外吃水、分舱板厚度、基础直径、内舱压强值等参数变化的影响。研究结果表明：复合筒型基础浮运过程中分舱板Mises应力最大值与允许压差最大值随外吃水和分舱板厚度的增加表现为指数增长趋势,但相对于分舱板厚度变化,基础分舱板允许压差最大值对外吃水变化比较敏感;分舱板增设加强肋对复合筒型基础允许压差最大值有20%～35%的显著提升。当允许压差最大值确定时,可以根据实际工程需要选取基础各变化参数安全组合中的最优解。     

坑中坑基坑内坑支护桩弯矩发展规律

坑中坑基坑是一种较为复杂且尚未得到充分研究的基坑形式。为研究基坑开挖过程中内坑支护桩的内力发展规律，进行了施工过程中的支护桩内力现场测试。通过采集桩身纵向受力钢筋的应力来反演桩身弯矩，分析了支护桩桩身弯矩在施工过程中的发展规律。通过有限元数值计算拟合了试验结果，研究了外坑开挖深度和平台宽度变化时内坑支护桩桩身弯矩的变化趋势，结果表明：坑趾系数(外坑平台宽度/开挖深度)与内坑支护桩桩身最大弯矩的变化存在着密切联系，通过拟合给出了桩身最大弯矩增长率随坑趾系数的函数曲线，桩身最大弯矩增长率可作为坑中坑基坑中内坑支护桩设计时的安全系数加以考虑。     

频域内海洋资料浮标垂荡运动特性研究

随波性作为海洋资料浮标的重要设计参数,影响着波浪参数的测量准确度。本文应用三维势流理论计算了圆盘浮标体的附加质量、兴波阻尼系数等水动力系数以及波浪激励力,基于单自由度运动方程研究了自由浮标的垂荡响应。考虑锚链垂向弹性回复刚度系数对浮标垂荡的影响,研究了两种类型系泊浮标在波浪中的垂荡运动响应。研究发现,直径3 m浮标较直径10 m浮标具有更好的随波性,且锚链对3 m浮标的垂荡运动的影响较10 m浮标更为显著。研究结果对波浪传感器的参数修正具有重要意义。     

浮杯泵织构化配流副表面的承载特性仿真分析

浮杯泵作为柱塞泵的新型研究对象,配流副的摩擦磨损限制其高效发展.通过在滚筒板配流面上布置规则的仿生织构,探究其对摩擦副承载特性的影响.选取六种坑形,建立6凹坑润滑油膜模型,采用Fluent软件进行数值模拟,分析油膜的上表面压力分布、压力形成机理以及工况参数和织构参数对油膜承载力的影响.研究结果表明:油膜上表面的承载力中动压所占的比例最大,球形凹坑最适合浮杯泵织构化配流副的设计,转速的提高、面积率的增大、深径比的增大都有利于动压承载力的增大.     

铝合金三维弯曲管件差速挤压过程有限元模拟

本文采用材料流动控制方法,实现了弯曲管件一次性挤压成形;采用有限元法,在DEFORM-3D有限元商业软件上实现了弯曲管件双凸模差速挤出过程的三维数值模拟,分析了双凸模挤压过程速度场分布、材料流动规律、挤压力、应力场和应变场的分布以及在4个凸模作用下实现了管材的空间弯曲;介绍了一次性挤压直接成形弯曲管件的机理,对实际模具设计将具有重要的指导意义.     

钛钢复合板弯曲过程的扫描电镜原位观察

为了研究钛钢复合板在弯曲过程中的断裂行为,利用扫描电镜原位观察了爆炸和爆炸--轧制两种工艺生产的钛钢复合板在弯曲过程中裂纹的萌生和扩展.结果表明:外弯过程裂纹萌生的角度小于内弯过程,钛钢复合板内弯比外弯具有更强的抗裂纹产生能力.在爆炸钛钢复合板的弯曲过程中,裂纹主要在波头的界面结合处和漩涡中心处萌生;在爆炸--轧制钛钢复合板的弯曲过程中,裂纹在Ti--Fe金属间化合物硬块界面处萌生.产生裂纹的主要原因爆炸钛钢复合板的波头界面结合处和漩涡中心处、爆炸--轧制钛钢复合板的界面块状Ti--Fe金属间化合物具有较高的硬度,在变形的过程中难以协调变形.     

舰船纵向弯曲强度目标可靠指数初探

编制可靠性分析实用程序，将波浪载荷作简化处理，对现有舰艇和油轮 作了纵向弯曲强度可靠性分析，求出了相对可靠指数。这些可为确定目标可 靠指数准备条件、积累数据。同时得出了破坏概率和中剖面模数之间的关系 曲线，供设计时参考。建议尽快制定基于可靠性原理的舰船结构设计统一标 准，为最终实现按性能直接设计舰船结构的目标创造条件。