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脐带缆用于连接水上浮体和水下生产系统,缆芯由钢管单元、光纤单元和电缆单元等组装而成,缆体外层是由铠装钢丝层螺旋缠绕以及聚合物外护套组装而成,截面结构复杂。利用ANSYS有限元通用软件建立双层铠装脐带缆的三维多层接触摩擦有限元模型,计算其截面拉伸刚度,将拉伸刚度数值模拟值与理论结果进行对比,验证有限元模型的正确性;分析比较铠装层不同缠绕角度、缠绕方式和钢丝直径下脐带缆模型的拉伸刚度。结果表明:铠装钢丝层缠绕方式、缠绕角度、铠装钢丝直径对双层铠装脐带缆模型的拉伸刚度、最大等效应力模拟结果均有影响。 相似文献
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钢管脐带缆包含多种螺旋缠绕的功能单元，其在外力载荷下会发生相对运动，而且钢管的刚度较大对扭转平衡有重要影响，因此，相对于普通电缆，钢管脐带缆在扭转平衡设计时更加困难。根据扭转平衡理论公式，采用控制变量法，以第二层铠装钢丝的绞合角度为变量进行扭转平衡设计。首先建立脐带缆缆芯有限元模型，对其施加拉伸载荷，结果显示缆芯出现了扭转，这证明不能将脐带缆缆芯视为一实心圆柱。其次建立不同绞合角度的脐带缆有限元模型，设置各功能单元的材料属性和摩擦系数，分析模型在拉伸载荷下的扭转角度，并将相同拉伸载荷下的扭转角度拟合为直线，从而得到钢管脐带缆在扭转平衡状态时的最优绞合角度。最后，采用试验方法对实物钢管脐带缆进行扭转平衡测试，测试结果显示在拉伸载荷下脐带缆单位长度扭转角度十分微小，这表明缆是扭转平衡的。因此验证了使用的有限元方法在钢管脐带缆扭转平衡设计中的有效性。 相似文献
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脐带缆是进行水下油气资源开采的关键设备,在深海油气资源的开发过程中起着至关重要的作用。脐带缆是由多种功能单元螺旋缠绕而成的非粘结复合结构,各层构件之间会出现接触摩擦与滑动现象,使脐带缆的截面设计和结构分析变得十分困难。本文结合国内外研究的成果,在对脐带缆结构进行理论分析的基础上,利用ANSYS软件分别对无铠装和有铠装脐带缆进行数值模拟分析,采用梁单元和壳单元模拟管件,并用点-点和点-面接触单元模拟管件之间的相互作用,将数值模拟结果与理论计算结果进行对比,探讨不同的管件缠绕角度、摩擦因数对脐带缆的拉伸和弯曲刚度的影响。分析结果可为工程应用提供参考和借鉴。 相似文献
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《中国海洋大学学报(自然科学版)》2021,(11)
本文基于ABAQUS有限元软件,建立非粘结钢管脐带缆的三维有限元模型计算其弯曲刚度,将弯曲刚度的数值模拟与理论结果进行对比,验证了模型的正确性,在此基础上逐一分析了摩擦系数、外压大小、螺旋角度等敏感性参数变化以及填充单元对弯曲迟滞性能的影响。研究结果表明,随摩擦系数和外压大小的增大非粘结钢管脐带缆全滑移阶段和滞回阶段弯曲刚度明显增加,而随螺旋角度增加两阶段弯曲刚度则是呈减小趋势。此外,填充单元对两阶段弯曲刚度的影响与摩擦系数的大小有关。 相似文献
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《中国海洋大学学报(自然科学版)》2016,(8)
脐带缆是海洋动态缆的主要类型,通常由不同功能的单元组装而成,外层一般由铠装钢丝螺旋缠绕和聚合物护套组成。脐带缆在敷设安装和在位运行时,受到拉伸荷载作用,外层铠装钢丝由于其螺旋缠绕特点,会将拉伸荷载转化成径向压力作用到脐带缆内芯上,使脐带缆截面产生应力和变形,所以径向压力是截面布局设计的重要参数。本文推导了脐带缆在轴向拉力作用下对内芯产生的径向压力P,同时基于截面布局多边形的概念,可以绘制多边形图,由图能直观的反映截面的承载能力和各单元受力均匀情况。最后以一个包含不同单元的脐带缆为例,运用ANSYS有限元软件,进行了不同截面布局的建模计算和分析,考虑了单元间的接触和摩擦,给出了数值分析结果,通过对径向荷载作用下截面变形和单元最大受力的比较分析,结合截面布局多边形图,确定了合理布局方案。对脐带缆截面布局设计有重要指导意义。 相似文献
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脐带缆螺旋滑移分析及力学性能研究 总被引：1，自引：0，他引：1
针对脐带缆内部螺旋层,应用Darboux标架建立螺旋结构空间坐标系,推导弯曲载荷下螺旋结构的局部变形和滑移。考虑螺旋构件间的接触和摩擦作用,建立螺旋结构的受力平衡偏微分方程,并研究螺旋角和摩擦系数对螺旋结构滑移的影响。基于同层螺旋结构本构关系相同假设,将所有螺旋结构力学性能线性叠加,拟合脐带缆整体弯曲刚度。运用建立的理论解析方法,对某双层铠装脐带缆的力学性能进行研究,并与数值模拟结果进行对比验证。对比结果表明,理论解析得到的螺旋滑移结果与数值模拟结果一致,理论解析得到的脐带缆弯曲刚度与数值模拟结果在全滑动阶段比较接近。 相似文献
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深水动态脐带缆内部结构复杂，其阻尼特性对脐带缆的舞动以及疲劳损伤有着重要的影响。脐带缆在和流体相互作用过程中，脐带缆内部构件可能会产生滑动，进而影响脐带缆的结构阻尼，这也使得真实海况中脐带缆的舞动和疲劳是一项复杂而值得深入研究的课题。为验证有限元模型能够很好地模拟脐带缆的结构阻尼特性，在考虑内部结构单元间摩擦的基础上，利用ANSYS建立了用于中国南海某油田的脐带缆多层滑移接触摩擦模型。同时，采用自由衰减法对该动态脐带缆开展了原型试验，测得了该缆的结构阻尼比与自振周期。通过对比有限元模型计算结果与原型试验结果发现：数值模型获得的该脐带缆的结构阻尼值与试验值非常接近，这为工程中获得脐带缆结构阻尼比的值提供了好的方向。 相似文献
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脐带缆是深海油气开发的关键设备之一,主要由钢管单元、电缆单元、光缆单元、护套及铠装单元组成。脐带缆在全寿命周期经过设计制造、储存、安装、在位运行、修复阶段,其每个阶段的可靠性并不是某个常数,而是随时间变化的函数,因此有必要对脐带缆全寿命周期可靠性的变化进行分析。建立某气田水下脐带缆在储存、安装、在位运行阶段的故障树模型,将其转化为多阶段贝叶斯网络模型进行建模分析,基于OREDA手册数据,假设部件寿命服从指数分布,对脐带缆存储、安装、在位运行阶段的可靠性进行分析,得到不同阶段脐带缆可靠性的变化曲线,并与可靠性框图方法进行对比分析。同时,通过引入条件可靠性对该方法进行了优化,分析脐带缆修复后的可靠性变化,以及对脐带缆关键部件进行重要度分析,针对薄弱环节提出改进措施。可靠性分析可为水下脐带缆的安全运行提供技术支持,同时也为海洋结构与设备的全寿命周期可靠性分析提供了一种方法参考。 相似文献
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《中国海洋大学学报(自然科学版)》2021,(9)
非粘结柔性立管结构形式复杂,层与层之间涉及摩擦、接触等非线性特性,使其数值模拟方面很难同时保证效率与精度。针对柔性立管特殊的结构形式,本文建立不同角度螺旋键的非粘结柔性立管高效分析简化模型,通过Ansys workbench软件分析非粘结柔性立管在内压和拉伸、扭转、弯曲的组合荷载工况下螺旋键缠绕角度对其刚度的影响。结果表明:本文所建立的立管简化分析模型与立管原型的力学性能吻合较好,并且可以提高计算效率;螺旋键缠绕角度越大,立管的扭转刚度越大,拉伸刚度与弯曲刚度越小;内压的施加对拉伸刚度、扭转刚度和弯曲刚度是有利的,内压对于弯曲刚度有较明显的增加,对拉伸刚度和扭转刚度有较小程度的增加。 相似文献
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脐带缆作为水下生产系统的“神经生命线”,是水下生产系统的关键一环,其可靠性问题越来越受到关注。影响脐带缆可靠性的事件具有随机性,目前缺乏对这些随机事件发生概率的统计,难以直接对其可靠性进行定量分析。基于模糊数理论和故障树结合的方法对脐带缆可靠性进行分析,首先获得引起脐带缆失效的40个最小割集及底事件重要度排序。其次采用基于模糊集理论的定量分析对脐带缆故障树系统中的底事件进行统计计算,得到各底事件的失效概率,最终计算出顶事件概率,并得出导致脐带缆失效的主要因素依次为护套/铠装失效、钢管失效、电缆失效,为脐带缆的安全运行提出适当的建议。 相似文献
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建立深海非粘结柔性管新型力学数值分析模型,分析其在复合载荷工况下的力学性能。深海非粘结柔性立管是深水资源开发的关键设备,安装成本低,适用于恶劣深海环境。然而,由于非粘结柔性管本身的结构型式复杂以及层与层之间的摩擦、接触等诸多强非线性特性,使其局部力学性能分析面临众多挑战。研究针对非粘结柔性立管特殊的结构型式,建立一个高效的数值分析模型,对其刚度进行数值求解并与实验结果进行对比,探讨了内压和拉伸、扭转、弯曲的组合载荷工况和拉扭组合载荷工况对非粘结柔性立管刚度的影响。研究表明,本文所建立的简化模型计算结果与实验结果吻合较好。此外,柔性立管所受到的内压可以在一定程度上增加非粘结柔性立管的刚度;拉扭组合载荷工况使非粘结柔性立管的拉伸刚度降低明显,而使其扭转刚度少量增加,总体上较单一载荷工况更加危险。 相似文献
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具有链—缆—链结构的复合系泊链缆因其相对于全钢链质量和成本上的优势而在深水系泊中得以广泛应用。基于细长杆理论采用有限差分法建立了可以考虑链—缆—链结构的复合系泊缆数值模型，将其应用于不同工况下全钢链和复合链缆运动的数值模拟中，并开展了验证。首先，将单根钢链顶张力数值模拟结果与不同工况下的模型试验结果进行了对比，验证了数值预报程序应用于全钢链的准确性。然后，对于复合系泊链缆开展了静刚度和动刚度迭代数值模拟，并将模拟结果同已发表文章中的算例结果进行比较，验证了该数值模型在复合链缆模拟上的准确性。发现对于单根钢锚链的验证，激励半径越大，激励周期越小，一个周期内顶张力幅值及其极差越大，钢链运动就越剧烈。对于链—缆—链式复合系泊链缆的验证，发现静刚度迭代中数值模拟结果与算例结果差异较小；对于动刚度迭代，除个别大幅慢漂工况外，两者有较高的吻合；且激励周期越小，激励半径越大，复合系泊链缆顶张力越大，弹性模量越小，运动越剧烈。对于聚酯缆刚度的敏感性分析，发现改变动刚度经验公式参数的情况下，杨氏模量的静刚度迭代和动刚度迭代结果误差分别最大达到了60.81%和68.21%，因此合成纤维材料特性对复合系泊链... 相似文献
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FPSO单点系泊系统水下管缆众多,受环境等因素影响,管缆容易发生拉伸、扭转、弯曲和碰撞,引发干涉现象,危及工程安全.针对FPSO单点多管缆干涉风险,提出了基于模糊Petri网络的风险评估方法.首先,辨识风险因素来构建风险评估指标体系,并转化为模糊Petri网模型;其次,采用层次分析法确定风险因素的常权重,并引入模糊置信结构来提高专家主观评价的准确性;然后,将变权理论与模糊推理算法相结合来迭代求解库所可信度和状态矩阵;最后,以南海某内转塔式FPSO为例进行了风险评估.结果表明:该FPSO的风险评估等级为中等,环境与设备因素是影响管缆干涉的主要因素.通过风险排序结果对综合评估值较高的风险指标提出了风险控制措施,可有效降低管缆干涉风险发生的概率与危害. 相似文献
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具有裂纹损伤桩腿的海洋石油平台有限元分析 总被引：3，自引：0，他引：3
采用有限元分析方法和断裂力学方法,将含裂纹构件的裂纹以线弹簧处理,建立了带有裂纹损伤桩腿的等效梁和管单元的单元刚度矩阵的计算方法。对检验方法的正确性,使用该方法对几种损伤构件进行了强度计算,并与有限元细化网格计算结果和实验结果进行比较,最后将等效单元计算程序接入大型有限元程序ＳｕｐｅｒＳＡＰ,对受损后的平台整体结构进行了应力计算和强度分析。 相似文献
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采用卷管法进行海底管道铺设过程中，管道首先通过牵引作用上卷于卷筒进行储存。管道与卷筒发生非线性接触，可能会产生复杂的塑性变形和局部屈曲。通过全尺寸柔性管力学性能试验获得柔性管轴力—应变以及弯曲—曲率等非线性力学性能关系，将试验所得的非线性材料性能参数导入建立的两种柔性管上卷ABAQUS有限元模型（梁—实体单元模型与壳和桁架—实体单元模型），实现柔性管较大轴向抗拉刚度和较小抗弯刚度的同步模拟以及管道与卷筒的非线性接触响应特征。通过对比分析两种有限元模型数值模拟得到的管道弯矩、弯曲曲率、管道轴力、管道与卷筒的接触压强等数据，发现在管道上卷过程中管道沿副法线方向的SM3弯矩占据其弯曲变形主导地位；管道与卷筒之间的摩擦效应对于管道轴力的影响较为显著；管道与卷筒的最大接触压强主要发生在卷管过渡段区域。 相似文献