海洋立管浪致疲劳损伤及其对结构疲劳寿命的影响

波浪是导致浅海平台立管疲劳失效的主要因素。针对渤海湾某海域特征波浪作用下海洋立管的疲劳损伤进行了时域分析,利用ANSYS软件对立管进行静力和瞬态动力学分析,获取特征波浪作用下海洋立管的疲劳危险位置,分析管卡约束形式、弯管半径、管卡分布形式对立管疲劳寿命的影响,并设计一套管卡最优排布方式。结果表明：立管疲劳危险点出现在弯管底部;管卡约束形式对结构疲劳寿命影响不大;减小弯管半径有助于提高结构疲劳寿命;增大管卡排布间距有助于提高立管疲劳寿命。分析结果可为海洋立管结构的工程防护提供参考。     

盲法兰错位无应力对接装置在海洋平台立管安装中的应用

在海洋平台立管安装作业中,立管支撑法兰与桩腿侧法兰往往会存在一定错位量,传统的螺栓连接会造成立管应力积聚和损伤,安装难度大、风险高。经过设计完善和多次陆地试验,研究出一种盲法兰错位对接装置,以U型扣板代替螺栓来限制盲法兰的各向自由度,安装位置可随盲法兰的错位量调节,对立管上的各支撑盲法兰的错位量进行补偿,可以实现立管的无应力对接。通过介绍盲法兰错位对接装置在某平台立管安装施工中的成功应用,为类似工程施工提供经验借鉴。     

项目质量管理理论在给排水工程中的应用

给排水系统施工项目的施工过程,按其施工阶段可分为:预留孔洞和预埋套管阶段、干管和立管的制作和安装阶段、支管和附件的制作和安装阶段、管道吹洗和试验阶段、设备和卫生器具的安装阶段、金属管道的油漆和防腐阶段。把项目质量管理理论这一管理技术应用于给排水系统施工项目的产品实现过程中,按项目质量管理理论的要求,对给排水系统施工项目的产品实现过程进行全过程的控制和管理,可以很好的预防质量事故的发生。     

螺旋列板立管受迫振动时的水动力学研究

为了减小立管受到的振动损伤,本文对无列板立管以及三螺旋对称分布列板立管的水动力参数进行了实验评估.自然环境中的波浪与来流被抽象为振荡流与均匀流叠加,实验工况分为静止流场和相对运动流场.同时,立管受迫振动方向分别为流场纵向、横向以及纵向45°夹角.结合Morison公式,由实验数据计算得到立管的附加质量系数C_m和托曳力系数C_d.实验结果表明,带螺旋列板立管的C_m与Keulegan-Carpenter(KC)数无关,C_m与受迫振动方向无关;C_d与流场速度和振动最大速度间的比率以及KC数的1/3次幂成反比关系.该发现与经典理论振荡流中平板结构Morison参数的形式相吻合,使经典理论在立管设计中获得新的验证与应用.在相同条件下,带螺旋列板立管的C_d值平均高出光滑立管273%.该发现表明在复杂工况下,螺旋列板能有效降低振动造成的影响.该结果可为海洋结构物的消振设计提供新的思路,在海洋工程领域具有较高的应用价值.     

立管卡子的设计和安装探讨

海管立管卡子的设计和安装工作归属于不同的单位或部门,设计方和安装方往往对彼此的工作细节不甚了解,且涉及吊装和潜水等高危作业,设计和施工过程中存在许多困难,容易遗留隐患。以往关于此项工作的研究只关注设计或安装其中之一,且术语较多、较难理解,对现场施工的指导意义不高。结合实践经验将两项工作相结合,以简单易懂的语言形式进行介绍,梳理设计与安装工作中的重点,为相关工作人员提供借鉴。     

运动监测装置对柔性立管整体性能的影响

针对服务于我国南海某FPSO采油平台的9.25英寸柔性立管,根据南海海域实测的海洋环境条件,基于专业的海洋工程软件orcaflex,对该柔性立管进行了整体性能有限元计算,分析了不同波浪方向下,立管运动监测装置质量以及安装位置对立管整体性能的影响。结果表明,波浪方向、立管运动监测装置的质量及其安装位置对立管的整体性能均具有一定的影响,其中,波浪方向主要对立管最大张力值影响较大,而立管运动监测装置的质量及安装位置对立管最小曲率半径和最大张力值影响均比较明显。     

考虑复杂预应力的深海立管参激稳定性

针对立管结构中存在着复杂预应力分布的问题,探讨了立管受海洋平台升沉运动所引起的立管参激振动问题.基于结构预应力和立管振动理论,开展了含复杂预应力的顶张力立管结构参激振动问题研究.对顶张力立管的参激振动进行了数值计算,对比了复杂预应力大小、方向对立管结构固有频率、振型及参激不稳定区的影响.计算结果表明,焊接残余应力的存在使立管振动频率、振型、不稳定区大小和迁移方向发生改变,影响着立管结构的共振特性.     

BIM技术在某老旧小区改造项目中的应用

BIM技术对机电安装的整个过程进行模拟,可全面地保证机电的安装效果。以某老旧小区改造项目为例,阐述该项目BIM安装方案的整体设计,通过建立机电BIM模型,对机电深化设计和装配式安装进行分析,探究紧凑布置管道、提高支吊架稳定性、洞口预留和管线预埋这几方面的质量控制要点和应用效益,以期为类似工程提供有效参考。     

海洋立管湿模态振动分析

针对海洋立管的湿模态振动问题,对立管固有频率以及各阶模态的相应振型展开了研究。阐述了模态概念与 模态分析的意义,运用ANSYS Workbench 中的Acoustic Extension 分析模块对海洋立管进行了湿模态振动分析,描述 了湿模态建模方法与技巧,得到12 阶固有频率与振型。通过与12 阶干模态分析结果进行对比,得出两者的区别,表 明了湿模态分析在做水下结构振动研究中的不可替代性。通过对立管结构进行优化,计算优化后的结构振动特性,得 到的优化结果,证明了优化的可行性。模态分析为研究结构的振动特性、优化结构设计提供了一定的依据,为防止结 构的共振提供了一定的参考。     

海上采油立管的动力分析

本文应用线性波理论,通过波浪叠加法,探讨了海洋平台油气生产立管系统的动力性质。应用线性化的Morison方程计算作用于立管的波浪力,包括随机波和规则波两种情况。有限元方程的求解是通过模式叠加方法在时域内进行的。分析了波力单独作用及由波力和平台位移共同作用下立管的两种动力响应情况。介绍并比较了所得到的数值结果,包括位移、扭矩和弯矩等数据。结果表明,本文所提出的分析方法是可行的,计算机程序则可为立管的强度设计提供方便。     

深海立管中严重段塞流特性模拟研究

随着油气田开发由陆地走向深海,海洋立管系统得到了充分的应用。由于立管的存在,容易导致严重段塞流的形成,引起剧烈的压力和流量波动,对下游生产设备的操作及管线的运行带来了安全隐患。为了研究海洋立管中的严重段塞流,将严重段塞流水力学模型与相平衡计算模型、温度计算模型相结合,建立了严重段塞流组分模型。研究表明,该严重段塞流组分模型的计算结果给出了合理的流动规律,可用于凝析油气管线中的严重段塞流现象的预测。同时,将计算结果与OLGA模型的模拟结果进行了对比,进一步说明了该模型的实用性,对严重段塞流的预测和控制具有一定的借鉴意义。     

基于拓扑优化的基座减振性能

海洋平台设备的安装基座是连接设备和平台的重要结构,开展基座减振设计是控制平台结构振动和辐射噪声的关键环节。本文提出了三种拓扑优化方案,以输出点群的加速度响应幅值均方根为目标函数,采用拓扑优化方法对基座进行优化设计。通过对三种方案进行对比分析,确定了最优拓扑设计方案。结果表明,相对于初始设计基座,优化设计后的基座其加速度振级落差由3.6dB提升到12.3dB,减振效果明显提高,且基座的总重量也略有降低,相关研究方法和设计结果对开展基座减振设计具有一定的指导和借鉴意义。     

含复合材料结构的非黏结柔性立管弯曲特性

非黏结柔性立管常用于将海底油气资源输送到平台,有时因设计需要会包含复合材料圆柱壳层结构.以一类8层的非黏结柔性立管为研究对象,分析了含有复合材料圆柱壳层结构的非黏结柔性立管的弯曲特性.提出了一种作用于非黏结柔性立管的轴对称载荷和弯曲载荷联合作用的理论模型,同时建立了计及详细几何特性的非黏结柔性立管数值模型进行了验证.分析了两种典型复合材料及其纤维体积分数对非黏结柔性立管弯曲特性的影响.理论与数值结果吻合较好,计算结果表明：非黏结柔性立管的弯曲特性受复合材料圆柱壳层轴向弹性模量影响较大,轴向弹性模量较大的复合材料会较大地增强完全滑移阶段的非黏结柔性立管的弯曲刚度.非黏结柔性立管的轴向抗拉刚度和完全滑移阶段的弯曲刚度都随着复合材料圆柱壳层的纤维体积分数增大,接近线性增强.     

考虑预应力分布的立管涡激振动特性分析

针对立管结构中存在着复杂预应力分布的现象,提出了考虑复杂预应力的立管涡激振动问题.基于梁结构理论,从应力-应变方程出发,建立了含复杂预应力的立管结构运动控制微分方程.对剪切流作用下典型顶张立管的涡激振动问题进行了数值计算,对比了复杂预应力对立管结构的自然频率、振型及典型节点振动特性的影响.计算结果表明,复杂预应力的存在对立管结构的动力特性有着重要的影响,特别是结构自然频率.文中所提出的方法可为复杂载荷作用下的立管结构动力特性问题的研究提供新思路.     

海洋输油立管的建模及边界控制

为了更准确地描述海洋输油立管结构的动力学特性,文中基于Hamilton原理建立了耦合时变内流和海流的动力学的立管模型,该模型由一组偏微分方程( PDEs)和一组常微分方程构成,具有无限维特点.随后基于该原始无穷维PDEs模型,结合边界控制技术和Lyapunov方法,分别设计了纵向和横向二维边界控制器用以抑制立管振动.之后利用Lyapunov方法对立管系统的稳定性和一致有界性进行了证明,并通过仿真实验验证了文中控制算法的有效性.     

深海柔性立管弯曲加强器力学建模及参数敏感性分析

柔性立管系统在深海资源开发中使用越来越广泛。弯曲加强器作为立管系统的重要构件,其设计和研究对立管系统在复杂工况下的正常作业有着十分重要的意义。同时考虑材料的非线性力学行为、几何大变形,以及弯曲加强器与立管之间的接触摩擦,建立典型三段式弯曲加强器-立管系统的三维非线性力学模型,并与工程常用线性简化模型结果进行对比,说明非线性力学建模的必要性。在此基础上,通过非线性计算对典型三段式弯曲加强器的关键结构设计参数进行敏感性分析。结果表明,弯曲加强器的各段长度比例、厚度等结构参数对系统工作性能都有一定影响,在弯曲加强器设计时应给予充分考虑。     

多参数耦合作用下海洋立管动力响应实验

为探究多参数耦合作用下的海洋立管动力响应,设计并开展了海洋立管动力响应模型实验。模型实验的主要研究参数分为立管设计参数与流场参数。立管参数：弹性模量,边界条件、顶张力,流场参数：流速和波浪参数（波高及周期）。综合考虑五种参数进行实验室的海洋立管模型实验,模型材料选取了铝（Al）和有机玻璃（PMMA）,分别定性的对应金属立管及纤维复合材料增强海洋立管;边界条件采用两端铰接（S-S）和铰接-固接（S-F）;顶张力选取 10N和30N;外流速采用 0.3m/s和0.7m/s;波浪考虑波浪的大小分别选择周期为1.0s波高为5cm的小波浪和周期为2.0s波高为15cm的大波浪。实验研究了立管模型在 32种不同工况参数搭配下的动力响应情况,通过对实验数据分析,得出了多参数耦合作用下各参数对海洋立管的影响效果。结果表明：立管振幅与弹性模量、约束数量以及顶张力的大小成反比,与流速及波浪大小正相关,特别是在垂直来流方向,直接影响立管是否发生明显的涡激振动。     

胎架立杆承载力计算分析

胎架是指主要起承重受力作用的脚手架,在模板工程、钢结构安装工程、桥梁工程中应用广泛．为了保证结构施工中胎架的安全,快速准确地对胎架进行设计计算具有重要的工程意义．与常用的单双排脚手架计算不同,胎架承载力的计算需要通过设计确定．通过分析影响承载力的各种因素及胎架破坏形式,运用参考规范的概率极限状态设计法和ANSYS程序分析的方法,得出了给定胎架参数下的承载力数值表格,对胎架立杆的搭设具有指导作用．     

海洋平台立管的传感器优化布置

为了满足海洋平台结构健康监测和损伤识别的要求,提出了一种以协调模态可观测性与损伤可识别性为目标的传感器优化布置方法。首先根据结构运动方程,利用损伤导致结构响应的变化,推导了结构响应与模态、损伤灵敏度的近似解析解。其次,建立包含模态信息和损伤灵敏度信息的传感器优化数学模型。最后利用奇异值分解方法,发展了一种以信息矩阵最大和条件数最小为目标的迭代算法。海洋平台立管的数值算例表明:该方法能够为海洋平台立管的健康监测提供可行的布点方案。     

深海立管参激-涡激联合振动试验

深海立管在海流作用下发生涡激振动,在平台垂荡作用下发生参数激励振动,参数激励-涡激联合振动使立管动力特性更为复杂.在船舶拖曳水池通过拖车带动立管运动模拟均匀流下立管涡激振动,并设计频率和行程均可调的连杆装置带动连接立管顶端的弹簧,以模拟立管顶端受平台垂荡运动的影响,从而进行立管参数激励-涡激联合振动试验,研究流速、顶张力及参数激励对深海立管涡激振动的影响.结果表明,流速越大,立管振动应力越大,振动主频率越高;顶张力越大,振动应力越小,顶张力变化对立管涡激振动主频率影响不大;参数激励加剧了立管的涡激振动,立管振动应力随平台垂荡幅值增大而增大,随垂荡频率升高而增大,立管振动频率出现了参数激励频率的成分.