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脐带缆是连接平台或浮式生产系统与海底油井的控制管缆,缆芯由管单元、光纤单元、电缆单元、以及填充单元组装而成,缆体外层由铠装钢丝螺旋缠绕和聚合物护套组成。基于ANSYS有限元软件,建立无铠装含填充的钢管脐带缆三维有限元模型,在自由端可扭转、不可扭转约束条件下,计算模型的拉伸刚度,将拉伸刚度的数值模拟与理论结果进行对比,验证有限元模型的正确性;分析比较含填充与不含填充两种截面形式脐带缆模型的力学性能,结果表明:填充单元、拉伸率对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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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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《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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《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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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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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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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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在深海采矿车布放回收中,准确预报脐带缆在底部自由悬垂边界条件和顶部波浪载荷随机激励等共同影响下的动力响应是关键点之一。基于三维势流理论与集中质量法,结合水面支持船运动和海流联合激励,对深海布放回收中脐带缆的顶端张力等力学特性进行研究。结果表明：在布放回收过程中,轴向张力在结构载荷中占主要成分;由波浪引起的轴向张力极值与均值差距最大可达到54%;轴向张力的频谱存在双谱峰,分别为 0.14 Hz的主峰和0.10 Hz 的次峰;当浪向角为180°时,轴向张力处于峰谷。 相似文献
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Umbilical cable is a kind of integrated subsea cable widely used in the exploration and exploitation of oil and gas field. The severe ocean environment makes great challenges to umbilical maintenance and repair work. Damaged umbilical is usually recovered for the regular operation of the offshore production system. Analysis on cables in essence is a two-point boundary problem. The tension load at the mudline must be known first, and then the recovery load and recovery angle on the vessel can be solved by use of catenary equation. The recovery analysis also involves umbilical-soil interaction and becomes more complicated. Calculation methods for recovery load of the exposed and buried umbilical are established and the relationship between the position of touch down point and the recovery load as well as the recovery angle and recovery load are analyzed. The analysis results provide a theoretical reference for offshore on-deck operation. 相似文献
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Serious failures of ocean cable have resulted from the phenomenon known as hockling. When a cable is under tension, helical windings can cause the cable to twist. With relaxation of the tension, loops can form. Reapplication of tension tightens the loop, and at some point the loop in the cable may be eliminated or pop out. If it does not but hockles instead, serious damage will result. An analysis is made of the conditions for loop formation and pop-out. The force versus displacement at the ends of a twisted cable and the point at which the cable flips into a loop are derived in closed form from the basic differential equations of an elastica. From this, the maximum allowable cable slack is derived as a function of the cable's twist per unit length. For a cable in the looped configuration, the cable tension at which the loop pops out and the maximum curvature in the loop at the instant of pop-out are found as functions of the cable diameter, torque, and mechanical properties 相似文献
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理想流体层中悬浮隧道管体动水荷载研究-P波 总被引：1，自引：0，他引：1
针对理想流体层中的悬浮隧道管体及锚索体系,借助波动方程理论对平面P-波作用下的悬浮隧道,通过引入其管体只在竖直方面上运动和产生刚体位移而不发生变形以及只考虑海水和管体质量产生的动力效应等假定,同时考虑管体上下部海水和锚索刚度及间距的影响,导出了在理想流体层中悬浮隧道管体受到的动水荷载的计算方程组和边界条件。结合一座典型的悬浮隧道,通过参数研究,分析了上部海水厚度h,P-波频率值ω,入射角度α,锚索刚度Kc和锚索间距L对动水荷载值的影响,结果表明:上部海水的存在有利于减小动水荷载值,P波频率值与海水频率一致时将产生共振,入射角度的增大会大幅减小动水荷载值,较小的锚索刚度和较大的锚索间距也会减小动水荷载值。 相似文献
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遥控水下机器人脐带缆收放绞车设计及牵引力分析 总被引：1，自引：0，他引：1
脐带缆收放技术是有缆遥控水下机器人的一项关键技术,该技术直接影响水下机器人载体的收放及作业过程中脐带缆的安全。针对目前水下机器人收放系统中脐带缆收放技术的特点,给出了一种具有自动排缆、低张力缠绕、能够提供大牵引力和安全制动功能的紧凑新式脐带缆绞车方案,并对牵引绞车与储藏绞车之间脐带缆张力与牵引绞车的牵引力进行了理论分析,给出了二者之间的关系函数。 相似文献
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In order to investigate the effect of internal friction of umbilical cable on its vortex-induced vibration(VIV)responses, the experimental study on VIV of bond umbilical cable(BUC) and un-bond umbilical cable(UBUC) was carried out in an experimental tank. A current generator in the laboratory simulated the uniform current, and the current velocities were observed in real time by using a Doppler Velocimeter. In addition, different sizes of top tension were applied to the umbilical cable model. The VIV responses of the umbilical cable model were measured by using Fiber Bragg grating(FBG) strain sensors. The displacement responses of umbilical cable model were reconstructed based on the experimental strain data processed by modal superposition method. In this paper, the traveling wave characteristics, the spatial-temporal distribution characteristics of frequency and fatigue damage of the BUC and UBUC under VIV are studied. The experimental results show that there are obvious differences between BUC and UBUC in the response characteristics of VIV. The UBUC appears the traveling wave sooner than BUC, but its standing wave characteristics are more obvious than those of BUC at high velocities. Compared with BUC, the spatial-temporal distribution of UBUC frequencies appears wide-band distribution sooner, but has narrower bandwidth in the "lock-in" state. The level of fatigue damage of BUC was approximately the same as that of UBUC. 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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深海观测系统脐带缆形态分析及计算 总被引：3，自引：0，他引：3
通过对水下拖曳系统脐带缆索的受力情况、形态进行分析，建立了三维空间缆索的物理模型和数学模型，并在此基础上编制了计算程序，对6000m深海观测系统脐带缆的性状进行了模拟计算，其结果为深拖系统最佳缆长的确定提供了理论依据。 相似文献