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1.
在海洋天然气水合物的机械采掘过程中,单齿破碎参数是影响整个绞吸头采掘效率的重要因素,掌握单齿破碎参数对切削力的影响规律对于整个水合物开采系统具有重要的意义。本文基于水合物破碎替代试样开展绞吸单齿切削实验,研究在不同几何参数与不同切削深度下单齿破碎切削载荷变化规律;基于D-P岩石破坏准则建立三维正交切削单齿切向力和法向力的解析式;并建立ABAQUS有限元分析模型,以实验数据进行验证,开展正交模拟实验,优选单齿几何参数与切削深度。结果表明:切削深度和刀齿宽度与切削载荷呈正相关,两者分别在15 mm和3 mm时,增大了对切削载荷的影响;前角与切削载荷呈负相关,且随自身的增大,对载荷的影响减小;仿真与实验结果拟合良好,前角对切削比能有着显著的影响,刀齿宽度和切削深度对切削比能基本无影响;最优组合为α=60°、d=9 mm、W=25 mm。该研究为水合物绞吸头单齿的设计和绞吸开采参数的制定提供了理论支撑。 相似文献
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已有的管道极限弯矩承载力解析方法忽略了截面的椭圆化变形,且假设管道截面达到全塑性抵抗力,这对于薄壁管道是不合理的。针对这些不足,在已有解析解的基础上,考虑管道截面塑性区的椭圆化变形以及管道轴向与环向材料的各向异性,推导了管道在内压、轴向力和弯矩联合荷载作用下的极限弯矩承载力解析解。并通过定义材料屈服后不同的广义模量,提出了管道极限弯矩承载力的上限解析解和下限解析解。在此基础上,研究了材料各向异性系数、径厚比以及初始荷载等参数对极限弯矩承载力上限和下限解析解的影响,并得到了一些有益的结论。 相似文献
3.
运行在恶劣环境中的海底管道,往往受到内压、轴力和弯矩等复杂荷载的联合作用。腐蚀会导致管壁局部变薄,降低管道极限承载力。为保证管道安全高效运行,准确预测和分析复杂荷载作用下的塑性极限承载力和变形行为就显得尤为重要。考虑大应变和大变形、应力强化和材料非线性,运用数值仿真软件建立腐蚀缺陷管道的三维实体有限元模型,在全尺寸管道破坏试验验证的基础上,对腐蚀管道在内压、轴向压力和弯矩相互作用下的失效模式和极限弯矩承载力进行了相关研究,并进行了腐蚀缺陷几何参数的敏感性分析。研究结果表明:初始内压和初始轴向压力会显著降低腐蚀管道的极限弯矩承载力,并且影响最终的失效模式;在腐蚀缺陷几何尺寸参数中,腐蚀宽度比腐蚀深度和腐蚀长度的影响更大。 相似文献
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初始几何缺陷被认为是影响管道极限承载力和稳定性的重要因素,但是大部分的管道力学特性研究都没有考虑初始缺陷的影响。基于管道几何尺寸测量机,获得管道的壁厚和直径沿轴向以及环向的分布规律。据此建立了四个三维实体有限元模型,分别为完好管道模型、只考虑直径缺陷的管道模型、只考虑壁厚缺陷的管道模型以及考虑所有缺陷的管道模型。分析了初始缺陷对管道的极限内压承载力、极限轴力承载力和极限弯矩承载力的影响。结果表明,直径缺陷对管道的极限内压承载力影响较大;壁厚缺陷对管道在复杂荷载作用下的极限弯矩承载力影响较大。 相似文献
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深海采矿系统中的长距离垂直输运管道在工作中具有复杂的流固耦合力学特性,在生产作业中其结构安全性和可靠性面临严峻考验。建立深海采矿系统从海底到水面的完整模型,采用集中质量法对于其中的长距离垂直输运管道的环境载荷进行了研究,并将计算结果与模型试验测量值进行对比验证,重点分析管道顶部轴向张力和剪力的大小关系以及变化规律。分析结果表明:在深海采矿系统的长距离垂直输运管道中,轴向张力在结构载荷占主要成分,由波浪引起的结构轴向张力增加会达到管体自重的38%～48%。因此,选择合适的作业工况对降低结构载荷,加强结构安全性能有很大帮助。 相似文献
6.
为解决海上风机导管架支腿和钢管桩灌浆段在海上恶劣施工与工作环境下发生偏心连接和偏心受力等不利工况时灌浆连接段的力学特性问题,文章制作海上风机导管架灌浆连接段足尺模型,对其黏结承载力进行原型抗拔试验,同时进行应变测试,以研究偏心灌浆等不利工况对灌浆连接段黏结承载力的影响。研究结果表明:导管架灌浆连接的轴向和偏心黏结承载力均满足设计要求;在轴向拉拔时,由于灌浆料受拉拔时其厚度越大则剪切变形越大,灌浆连接段各测点的位移由大到小依次为灌浆较厚侧、平均位移、灌浆较薄侧,但其应力差异不大;在偏心拉拔时,总上拔力虽减小,但偏心受力会导致结构弯矩和内力增加,表明在设计时应充分考虑偏心荷载对灌浆料的不利作用。 相似文献
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高温高压下海底管道的整体屈曲稳定性分析是管道设计的重要组成部分,而选取多长的管道进行分析对其整体屈曲稳定性结果影响显著。依据临界管长将管道分为"长管"与"短管",基于动力显式分析方法,揭示了长管与短管在发生整体屈曲过程中,屈曲幅值与波长、管壁轴向压力、轴向应变及轴向位移的变化规律;研究了土体约束力影响管道临界长度的规律性,分析了土体约束力系数对长管与短管整体屈曲变形的影响。研究发现,土体约束力对短管的整体屈曲行为影响显著,短管的整体屈曲幅值随土体约束力系数的增大呈现先增大后减小的趋势。该项研究对区分不同长度管道的整体屈曲类型进而采取有效防控措施具有重要参考价值。 相似文献
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考虑阻尼海底悬跨段管道的动力特性及允许悬空长度 总被引：8，自引：0，他引：8
以海底悬跨段输液管道为研究对象,考虑管道结构阻尼、流体附加阻尼、管内流体流动及管道轴向力和压强的作用,对其进行受力分析,导出管道振动微分方程,进而得到管道动力特性方程。用Hermit插值函数对管道的动力特性方程进行离散得到有限元表达式,采用复模态分析法,求得管道的自振频率。为防止管道发生横向涡激振动,用约化速度作为控制条件,确定管道允许悬空长度。结果表明,管道允许悬空长度随着内流流速、轴向压力和管内压强的增加而减小,随着轴向拉力的增加而加大。 相似文献
9.
黏土中鱼雷锚抗拔承载力数值分析 总被引：2，自引：1，他引：1
基于Abaqus软件,针对预埋在一定深度鱼雷锚的抗拔承载力进行3D数值分析,探讨了锚型、土体类型、拉拔荷载倾角、拉拔荷载水平分量与锚翼夹角等多种因素对拉拔承载力的影响。计算结果表明:在均质土、正常固结土和两层土体中,带4个锚翼鱼雷锚增加56.22 m2的锚翼侧面积,其拉拔承载力比无锚翼的提高1.9倍以上;当锚翼侧面积相同时,增加锚翼的宽度可以有效提高锚的承载力;拉拔荷载倾角α在30°～45°范围内,可获得较大拉拔承载力;锚翼宽度越大,拉拔荷载水平分量与锚翼间的夹角β对鱼雷锚水平承载力影响越明显;经归一化的V-H包络线公式对工程应用中预测鱼雷锚的承载力有一定参考价值。 相似文献
10.
卷管式铺管法在海管铺设中的应用愈发广泛,在铺设作业中管道会发生几何非线性变形,导致出现复杂的力学性能变化。针对管道在上卷、退卷过程中的屈服变化过程,通过弹塑性理论进行分析,推导出管道退卷后残余轴向应力的解析解;随后利用有限元软件ABAQUS建立模型实例,对比解析解与有限元模型,两者的计算结果基本吻合。基于上述有限元模型,研究上卷时的张力和退卷时的后张力对椭圆度、截面轴向应力和剪切应力的影响,并进行敏感性分析。模拟结果表明张力和后张力变化会影响管道截面的变形程度,退卷后截面上残余的轴向应力远高于剪切应力,并且通过敏感性分析,得到了残余椭圆度、残余应力随张力和后张力变化的规律。研究可为卷管铺设过程中张力和后张力的选择提供参考和借鉴。 相似文献
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利用室内半模试验和颗粒流数值模拟,揭示多层砂土地基扩底桩单桩抗压承载特性及变形特征。结果表明,通过对比分析极限承载力与H_h/D(持力层厚度与扩大头直径之比)的关系可以看出,单桩的抗压极限承载力随H_h/D逐渐增加,当H_h/D超过2.0时,极限承载力基本不再增加,此时的单桩抗压极限承载力稳定在300.01~303.25 N,是H_h/D=0.5时极限承载力(183.83 N)的1.65倍。扩大头下部土体发生局部压缩-剪切破坏,破坏面从扩大头底面边缘向斜下方扩展,在水平方向影响范围达到最大后逐渐向桩内侧收缩;荷载作用越大,地基破坏区域越大,相应的极限抗压承载力也越大;持力层厚度增加,扩大头分担的荷载比例增大,分担的荷载达到稳定需要的桩顶位移也越大,H_h=0.5 D试验扩大头分担的荷载比例稳定时为60%,对应的桩顶位移约为29 mm;桩顶位移达到33 mm后,H_h=1.0~3.0 D试验稳定在63%~65%之间;通过细观颗粒流理论对砂土移动特性的研究发现,持力层厚度从0.5 D增大至2.0 D,破坏面的起始扩展角度从31°增大至42°。数值模拟研究结果与模型试验数据吻合效果良好,证明该方法分析多层砂土地基扩底桩单桩抗压荷载传递机理是可行的。 相似文献
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对我国近年出现的几种新型码头结构的研究进行了综述和分析。其中,遮帘式板桩码头结构减小了作用于前板桩上的土压力,使板桩码头在大水深情况下得以应用;双排大管桩码头结构使大管桩较高的轴向承载力和抗弯强度得到充分发挥;架空直立式码头解决了内河大水位差情况下建造码头的难题;椭圆型沉箱的应用避免了采用2个圆沉箱产生前后不均匀沉降的技术难题。最后,对上述新型结构的应用进行了总结。 相似文献
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《热带海洋学报》2016,(4)
基于六套模式产品,研究了时间平均状态下印度洋深层经向翻转环流的动力特征。时间平均状态下,印度洋深层经向翻转环流(meridional overturning circulation,MOC)在各套数据中呈现一致的结构,即底层和深层水体向北进入印度洋,中上层往南流出印度洋的逆时针翻转结构。通过对经向翻转环流的动力分解,文章分析了其各动力部分在各套数据中的异同。在各套数据中,在南印度洋Ekman部分呈现一致的逆时针翻转结构,在10°S强度最大;地转和外模部分在10°S以南分别呈现相似的顺时针和逆时针的翻转结构,在27°S强度最大且符号相反;相对而言,Ekman部分在20°S及赤道之间,对MOC的影响更明显,而地转及外模部分则在25°S以南的区域更明显。基于不同的动力热力强迫,各套数据中各动力部分流函数的空间范围及强度存在显著差异:由于各套数据的风场相差不大,因此Ekman部分的整体结构相似,强度差异较小;对于地转部分,各数据表现出的顺时针翻转结构强度的差异主要受内区斜压流场强弱和西边界流结构的影响,内区斜压流场越强,翻转结构越强;西边界流流幅越宽,对内区斜压流场影响越大,对翻转结构强度的削弱越大;外模部分翻转结构的强度受西边界流强度的影响:西边界流强度越大,外模部分翻转结构强度越大。 相似文献
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非黏结柔性管道骨架层由不锈钢材料互锁缠绕而成,主要用于抵抗外压防止软管发生压溃失效.骨架层失效是柔性软管故障的最大风险,骨架层失效模式主要分为压溃失效和拉伸失效.采用非线性有限元方法并且考虑几何大变形、材料非线性、接触和摩擦等非线性效应的影响,对"S"型骨架层结构建立三维有限元模型,进行了单外压作用下的压溃失效分析和单一轴向拉力作用下的拉伸失效分析,而后开展轴向拉力和外压载荷组合作用下骨架层压溃失效分析.结果表明轴向拉力会一定程度上降低骨架层压溃承载力,相关结论可以为柔性软管结构设计和完整性评价提供参考. 相似文献
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本文对保持海底管道稳定的一种新方法——锚桩锚固定位法进行了设计研究。提出了锚桩定位设计中应考虑的主要内容:锚桩的型式、锚桩的设计入土深度、锚桩间距计算、锚桩的强度校核、地基承载力计算等方法和步骤。 相似文献
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目前海洋石油导管架平台桩基础的轴向极限承载力常用的设计方法为API RP2A(美国石油协会)和静力触探(CPT)的方法.在这两种方法的基础上,提出了用BP神经网络模型对桩的轴向极限承载力进行计算的思路,能够有效地预测桩的轴向极限承载力.根据BP神经网络算法具有较强的非线性映射能力和学习功能的特点,通过对影响单桩极限承载力因素的分析,依据静力触探资料建立了基于BP神经网络的单桩轴向极限承载力预测模型.通过利用API RP2A方法分析成果对该模型进行学习训练和预测检验,证明了预测模型性能良好、具有较高的精度和收敛速度快等特点,验证了神经网络方法的可行性,预测结果能够指导桩基础设计,缩短周期.因而具有较大的工程实用价值. 相似文献
18.
《中国海洋大学学报(自然科学版)》2020,(Z1)
基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件显示动力分析,采用非线性动态有限元法,对海底管道受坠物碰撞的动态过程进行数值模拟,对比分析坠物质量、坠物形状、轴向预加荷载因素对海底管道在撞击作用下凹陷及损伤区域的影响。结果表明:海底管道受撞击部位的凹陷及损伤区域随着坠物能量的增加而增大;坠物形状因素由于碰撞发生时接触面不同对管道凹陷及损伤区域造成不同的影响;海底管道内压的存在一定程度上抵抗了碰撞造成的局部塑性损伤变形;轴向受拉对海底管道损伤方面的影响很小可忽略不计;适当增加轴向压力可提升海底管道抗碰撞冲击能力而过大的轴向压力会加剧管道破坏。 相似文献
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基于ANSYS/LS-DYNA动力学分析软件,采用非线性动力有限元法,对坠物撞击海底管道的过程进行数值仿真。通过大量的数值模拟得出:相同坠落物能量的情况下,悬空管道的凹陷损伤深度与裸露管道的相比偏小,且随着坠落物能量的增加,其差值增大;随着坠落物速度、坠落物质量的增大,管道撞击部位凹陷变形加剧,海底管道悬空段的最大振动幅值增大;相同坠落物能量的情况下,坠落物与悬空管道的接触面积越小,悬空管道的损伤深度越大;海床土体参数(剪切弹性模量、内摩擦角、密度)的变化对悬空管道的凹陷损伤深度及悬空段的最大振动幅值的影响较小。 相似文献
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为解决不埋深海管道在温压荷载循环作用下,轴向移动量不断累积的问题,采用数值模拟方法,在论证了钢悬链线立管（steel catenary riser,SCR）张力相比于其他因素对管道轴向移动影响更为显著的基础上,针对一端受到SCR张力作用的短管,分析了不同轴向移动消减方案的作用特点。研究表明,对管道进行锚固能有效约束其轴向移动,且在中部锚固需要的锚固力及管道内产生的有效轴向力均较小;滑动基础可通过释放一定的管道位移量来减少管中的应力累积。因此将中部锚固与端部滑动相结合可优化锚固系统,使锚固力进一步下降54%,管中最大有效轴向压力减小33%,从而最有效地消减轴向移动。 相似文献