《深海合成纖維纜繩全壽命服役安全評估及系泊分析》是依託河海大學，由連宇順擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：深海合成纖維纜繩全壽命服役安全評估及系泊分析
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：連宇順
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
合成纖維纜繩已被廣泛套用於深海繃緊式系泊工程中，它是海洋平台和錨之間不可或缺的載荷傳遞者。開展合成纖維繫纜損傷演變及其力學性能演變對系泊系統動力回響影響的研究，直接關乎深海繃緊式系泊系統運行的安全性和可靠性。通過綜合運用實驗、理論和數值模擬方法開展以下三項內容的研究，包括：在長期海洋環境載荷作用下合成纖維繫纜的損傷演變機理及損傷評估，合成纖維繫纜粘彈性、粘塑性和損傷相耦合的本構模型，以及可以考慮纜繩複雜力學特性的系泊分析技術。本項目旨在建立纜繩全壽命服役安全評估方法，以及開發可以考慮纜繩力學性能演變對深海系泊回響影響的數值模擬技術。深海系泊技術是深海油氣開發的關鍵技術，本項目獲得的研究成果能夠為繃緊式系泊系統的設計和分析提供科學依據。
結題摘要
海洋浮式結構物的定位技術是海洋空間利用和海洋資源開發的關鍵技術。為了保障系泊系統安全可靠地運行，本項目圍繞合成纖維繫纜的複雜力學性能及系泊工程套用開展了研究。首先，利用已掌握的合成纖維纜繩實驗技術，分別開展了高強聚乙烯纜繩的蠕變破斷，疲勞破壞和磨合實驗。（1）通過蠕變和蠕變-破斷的實驗研究，發現高強聚乙烯試樣的蠕變-破斷曲線存在三個階段，並提出了纜繩蠕變數和蠕變壽命的估算。（2）通過開展了疲勞實驗研究，考察了平均張力和張力幅值對疲勞壽命的影響，給出了纜繩整個壽命周期下的張力-時間、應變-時間、張力-應變和動剛度演變曲線，發現高強聚乙烯纜繩疲勞破壞的平均應變約為7%，首次提出了考慮平均張力和張力幅值影響的疲勞壽命計算公式。（3）通過系統地實驗研究，提出了採用合成纖維纜繩張力-應變曲線的斜率作為纜繩磨合程度的量化指標，並提出了前期載入為循環載荷時，合成纖維纜繩磨合程度的計算公式，統一了所有纖維纜繩實驗規範對纜繩磨合的認識，建議了合成纖維纜繩的磨合流程。該研究有助於準確定義纜繩的載荷歷史，同時有助於準確獲得纜繩初期載入對力學特性的影響。其次，在理論上，為了更好地刻畫合成纖維纜繩在複雜載荷條件下的力學行為，建立了粘彈性、粘塑性以及損傷相耦合的本構模型，並採用高強聚乙烯纜繩的蠕變-破斷實驗數據驗證了該理論模型的準確性和可靠性。此外，為了更高效地將纖維繫纜的粘彈性考慮到系泊工程套用中，基於結構動力學理論，提出了一種新的確定纖維纜繩材料阻尼係數的方法，並使用芳綸、聚酯、高強聚乙烯和尼龍纜繩的實驗數據驗證了新方法的可行性。最後，基於合成纖維纜繩的損傷對動剛度影響的實驗結果，研究了系泊纜繩不同程度損傷對系泊系統動力回響的影響，建立了系泊系統的安全評估方法。在此基礎上，針對目前廣泛出現的浮式波能發電裝置的系泊套用問題，根據海洋工程結構動力學理論，基於開源軟體WEC-Sim，開展了纖維纜繩系泊系統的動力回響的分析方法。本項目的研究成果將為海洋系泊工程中合成纖維繫纜的研究和套用提供重要參考。
