《非粘合柔性立管截面特性與結構回響的理論計算研究》是依託大連理工大學,由董磊磊擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：非粘合柔性立管截面特性與結構回響的理論計算研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：董磊磊
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著海洋油氣開發持續向深水推進，非粘合柔性軟管的套用越來越廣泛，但複雜的多層結構形式為其截面特性計算與結構回響分析帶來了困難。本研究旨在建立一套可靠的理論模型來實現非粘合柔性立管特別是端部配件區域的截面特性計算與結構回響分析。針對這一研究目標及現有模型存在的問題，本課題從Love的非線性平衡微分方程、經典的彈塑性理論以及變分法中的歐拉-拉格朗日方程入手，將開展軸對稱回響與彎曲回響的耦合分析、三維動態彎曲條件下條帶應力的遲滯行為以及端部配件對柔性立管截面特性與結構回響的影響等方面的研究，並將重點將放在條帶應力的計算及端部配件的影響上。此外，本課題還將研究開發高效的數值模擬技術並結合數值模擬和試驗測試完成理論模型的驗證。上述研究內容涵蓋了柔性立管從整體分析到局部分析的一系列關鍵技術，將有效地促進柔性立管的設計及分析，同時也將對其他非粘合柔性結構的設計及分析起到積極的作用。
結題摘要
隨著海洋油氣開發持續向深水推進，非粘合柔性軟管的套用越來越廣泛，但複雜的多層結構形式為其截面特性計算與結構回響分析帶來了困難。本項目旨在建立一套可靠的理論模型來實現非粘合柔性立管的截面特性計算與結構回響分析。針對這一研究目標及現有模型存在的問題，本項目開展了軸對稱回響與彎曲回響的耦合分析、三維動態彎曲條件下條帶應力的遲滯行為、端部接頭對柔性立管截面特性與結構回響的影響以及高效數值模擬技術的開發等方面的研究，並取得了如下進展： (1) 建立了新的滑移萌生及擴展分析的理論模型。該模型考慮了彎曲引起的張力以及由此造成的接觸壓力分布不均，修正了現有模型對此的一貫認識。 (2) 將接觸力學理論套用到柔性軟管的截面特性計算中，結合聚合物層的剪下變形及泊松效應，成功解釋了柔性軟管在無滑移階段出現的彎曲剛度損失。 (3) 將經典的彈塑性理論套用到三維動態彎曲條件下條帶應力的遲滯行為研究中，提出了一種新的易於實現程式編制且具有較高計算效率的應力計算模型，為柔性立管時域內的疲勞分析奠定了基礎。此外，該模型還可以順帶得到立管截面的彎矩-曲率關係和彎曲剛度，為彎曲特性的計算提供了另外一種途徑。 (4) 利用變分法中的歐拉方程建立了直接計算條帶滑移位置的理論模型，因而可以考慮端部接頭這一邊界條件對柔性立管截面特性與結構回響的影響，彌補了現有模型未能考慮這一影響的不足。 上述學術成果涵蓋了柔性立管從整體分析到局部分析的一系列關鍵技術，將有效地促進柔性立管的設計及分析，同時也將對其他非粘合柔性結構的設計及分析起到積極的作用。 基於研究工作取得的進展，發表標註資助的期刊論文4篇，均被SCI和EI檢索，其中3篇發表在專業領域的頂級期刊Marine Structures上；發表標註資助的EI檢索會議論文1篇；申請軟體著作權1項；培養碩士研究生1名。
