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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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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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《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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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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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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《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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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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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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《中国海洋大学学报(自然科学版)》2016,(12)
伴随着南海深水油气资源开采的发展,动态缆需求快速增加,其能够集成诸多功能服务于水下生产系统,同时在环境荷载作用下具备良好的顺应性,是海洋油气开采重要的连接设备之一。动态缆的螺旋形式结构复杂,其力学性能分析十分困难。针对海洋动态缆分析软件缺乏的现状,采用MATLAB开发了海洋动态缆截面设计和静态分析数值模拟软件NSCSU 1.0,并通过与专业分析软件OrcaFlex进行结果比较,验证了模拟软件的有效性。考虑到大变形特征,动态缆的静态平衡位形和整体力学响应的计算分析采用能解决几何非线性的细长柔性杆模型;结构刚度分析采用Knapp拉扭理论和Costello弯曲理论。该软件可以对动态缆布局的关键参数进行敏感性分析,计算精度满足工程应用需要;界面简单、操作灵活,可应用于动态缆初步设计阶段,为相关分析软件开发提供一定的借鉴。 相似文献
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研究复杂海底地形对脐带缆深水安装过程中的力学特性影响,对提高脐带缆深水安装的安全性与稳定性有较大意义。通过建立具有不同坡度、隆起高度以及低洼深度的海床地形模型,分析在不同地形参数下脐带缆深水安装时的应力响应,并对不同参数下的等效应力与接触压强对比,探讨了海底地形对脐带缆深水安装的影响。研究结果分析表明:海床坡度对脐带缆的最大等效应力与接触压强影响不大;隆起区域对脐带缆的安装过程的影响较大,隆起高度的增加使最大等效应力明显增大,且易超过脐带缆的最大许用等效应力;低洼区域的脐带缆与隆起区域相似,低洼深度的增加最大等效应力明显增大,隆起区域与低洼区域的触地点处的接触压强最大。 相似文献
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荔湾3-1气田深水脐带缆竖直铺设技术研究与应用 总被引：1，自引：0，他引：1
随着海洋油气开发逐步走向深海,深水脐带缆的应用越来越广泛。我国在脐带缆安装工程中仅具备浅水(300 m以内)水平铺设的能力,深水脐带缆的铺设技术在国内尚属空白。本文以荔湾3-1气田深水脐带缆铺设工程为例,首先介绍铺设方法的选取原则,提出深水脐带缆竖直铺设的技术要求,随后基于Orca Flex软件,对脐带缆铺设进行静力和动力分析,为铺设期间脐带缆长度和张力的监控、作业气候窗的选取提供参考依据。最后制定脐带缆起始抽拉、正常铺设以及末端铺设的作业流程。该工程为我国首次采用脐带缆竖直铺设技术,本文研究成果和计算方法可为国内其它同类工程提供重要借鉴意义。 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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