学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

钢悬链线立管触地段管土作用研究

作　者: 梁勇
导　师: 金志江
学　校: 浙江大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 钢悬链线立管触地段管土相互作用显式有限元分析有限差分法
分类号: TE95
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 30次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着石油需求的膨胀和海洋石油开采技术的不断发展,海洋油气资源的勘探开发不断向深水以及超深水进军,深海油气开发已经成为今后全球石油战略的重要前沿阵地。为适应这一形势,钢悬链线立管(Steel Catenary Riser,SCR)得到了广泛的应用。钢悬链线立管由悬垂段和触地段组成。在海洋环境载荷和顶端平台运动的情况下,立管触地段也随之产生运动,从而导致立管触地段与海床不断的相互作用。钢悬链线立管触地段管土相互作用对立管的结构强度和疲劳寿命影响非常大,因而钢悬链线立管触地段管土相互作用一直是近年来国际海洋工程界研究的热点。本文从钢悬链线立管的整体分析出发,并结合钢悬链线立管触地段的局部分析；分别对钢悬链线立管触地段管土作用模型、立管触地段管土相互作用过程及立管触地段管土相互作用参数分析等方面进行了探讨。取得的主要研究成果如下：(1)通过模拟安装过程获得钢悬链线立管的整体初始静平衡形态。由于悬链线解法未考虑钢悬链线立管的弯曲刚度,因此通过模拟安装过程法得到的钢悬链线立管静平衡形态更接近于立管实际的静平衡形态。在此基础上对钢悬链线立管进行整体静力和动力分析,结果表明立管顶端悬挂区及触地点区域存在着高应力和很大的交变载荷,易于疲劳破坏。因此立管顶端悬挂区及触地点区域在设计及分析中需要足够的重视,是研究分析的重点。(2)阐述了钢悬链线立管触地段管土作用P-y曲线模型。采用ABAQUS中的显式有限元法模拟立管触地段管土相互作用过程,并与NGI管土作用实验数据进行了对比,验证了管土作用P-y曲线模型的准确性。随后讨论了粘聚力、内摩擦角、弹性模量及摩擦系数等土体参数对立管触地段初次贯入土体过程中所受土体抗力的影响。(3)将海床土体简化为一系列的非线性弹簧,采用有限差分法模拟钢悬链线立管触地段管土相互作用,并与ABAQUS有限元分析结果进行了对比,两者吻合良好,但采用有限差分法模拟计算效率更高。随后讨论了加载位移、海床土体刚度以及海床土体吸力等模型参数对立管触地段变形及弯曲应力的影响。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
1 绪论  9-19
  1.1 课题研究背景  9-11
  1.2 课题国内外研究现状  11-18
    1.2.1 钢悬链线立管触地段管土作用实验研究  11-15
    1.2.2 钢悬链线立管触地段管土作用数值模拟  15-17
    1.2.3 钢悬链线立管触地段疲劳分析研究进展  17-18
  1.3 本文研究内容  18-19
2 钢悬链线立管的整体分析  19-38
  2.1 钢悬链线立管的整体建模  20-24
    2.1.1 钢悬链线立管的悬链线解  20-23
    2.1.2 钢悬链线立管的安装工艺  23-24
  2.2 钢悬链线立管海洋环境载荷分析  24-29
    2.2.1 波浪载荷  25-28
    2.2.2 海流载荷  28-29
  2.3 钢悬链线立管整体静力分析  29-35
  2.4 钢悬链线立管整体动力分析  35-37
  2.5 本章小结  37-38
3 钢悬链线立管触地段管土作用过程模拟  38-60
  3.1 钢悬链线立管触地段管土相互作用过程  38-40
  3.2 海床土体P-y曲线模型  40-44
    3.2.1 骨干曲线  40-42
    3.2.2 卸载-再加载滞回曲线  42-43
    3.2.3 海床土体P-y曲线模型验证  43-44
  3.3 考虑土体刚度衰减的P-y曲线模型  44-46
    3.3.1 骨干曲线  45
    3.3.2 卸载-再加载滞回曲线  45-46
  3.4 管土作用过程模拟  46-59
    3.4.1 显式有限元方法  46-49
    3.4.2 管土相互作用模型的建立  49-51
    3.4.3 管土相互作用分析过程  51-53
    3.4.4 仿真结果分析  53-59
  3.5 本章小结  59-60
4 钢悬链线立管触地段管土作用模型参数分析  60-77
  4.1 有限差分模型  61-65
  4.2 有限差分模型的验证  65-70
    4.2.1 线性弹簧模型验证  65-66
    4.2.2 非线性弹簧模型验证  66-68
    4.2.3 线性截断弹簧模型验证  68-70
  4.3 管土作用模型参数研究  70-76
    4.3.1 弹簧模型对比分析  70-71
    4.3.2 加载位移对立管触地段管土作用的影响  71-72
    4.3.3 海床土体刚度对立管触地段管土作用的影响  72-74
    4.3.4 海床土体吸力对立管触地段管土作用的影响  74-76
  4.4 本章小结  76-77
5 总结与展望  77-79
  5.1 总结  77-78
  5.2 研究展望  78-79
参考文献  79-84
作者简介及在攻读硕士学位期间所取得的科研成果  84

钢悬链线立管触地段管土作用研究

内容摘要

全文目录

相似论文