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顶张式立管液压气动式张紧器的数值模拟

振动与冲击 2019年第10期38卷 85-91页

作者：陈柏全余杨余建星徐立新吴晨康煜媛天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240 中国石油管道局工程有限公司天津分公司天津300457

综合考虑液压气柱的张力-冲程非线性关系以及平台-张紧器-立管之间的运动耦合关系,建立带液压气动式张紧器的顶张式立管有限元分析模型。为了更加符合工程实际,该模型中考虑了立管的真实截面布置以及采油树的作用。对4种张紧器模型,即... 详细信息

综合考虑液压气柱的张力-冲程非线性关系以及平台-张紧器-立管之间的运动耦合关系,建立带液压气动式张紧器的顶张式立管有限元分析模型。为了更加符合工程实际,该模型中考虑了立管的真实截面布置以及采油树的作用。对4种张紧器模型,即恒定集中力模型、传统的简化模型、线性弹簧-阻尼模型以及非线性弹簧-阻尼模型进行对比分析。结果表明:恒定集中力模型不能反映立管张力的变化规律,而且立管响应也存在较大差别,故不宜采用;传统的简化模型过高评估了张紧器的张力水平,有可能导致不准确的立管响应评估结果;线性弹簧-阻尼模型可用于环境条件较温和的情况;该研究建立的非线性弹簧-阻尼模型最能反映张紧器的刚度特性,且在极端载荷环境下尤为适用。

关键词：顶张式立管液压气动张紧器数值模拟非线性

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复杂载荷下深水顶张式立管屈曲失效风险分析

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2018年第6期51卷 555-565页

作者：郝帅余杨吴雷余建星张宁天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240 中海石油深海开发有限公司深圳518000

研究了深水顶张式立管在极端环境载荷、第三方破坏载荷以及材料腐蚀等多种复杂载荷条件下立管的结构屈曲失效风险,并考虑海洋立管风险分析中不加以区分的立管类型与失效形式,采用新的非基于事故统计的方法探究其规律,进行风险辨识.为了... 详细信息

研究了深水顶张式立管在极端环境载荷、第三方破坏载荷以及材料腐蚀等多种复杂载荷条件下立管的结构屈曲失效风险,并考虑海洋立管风险分析中不加以区分的立管类型与失效形式,采用新的非基于事故统计的方法探究其规律,进行风险辨识.为了研究深水顶张式立管的屈曲失效风险,通过复杂载荷条件下结构致灾机理的辨识建立多立管状态下的故障树模型,采用海洋工程领域中应用较为成熟的专家综合评估法及模糊故障树法进行风险分析,最终从概率及后果两个维度给出屈曲失效薄弱环节.通过实例分析、计算,验证本文提出方法的适用性和可靠性,并得出对深海资源开发有参考价值的结论.

关键词：顶张式立管复杂载荷屈曲失效风险分析

张紧器的结构参数对顶张式立管动力响应的影响研究

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船舶力学 2020年第1期24卷 88-97页

作者：陈柏全余杨余建星徐立新康煜媛李振眠天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240 中国石油管道局工程有限公司天津分公司天津300457

本文针对带液压气动式张紧器的顶张式立管,综合考虑浮式平台-张紧器-立管之间的运动关系、液压气柱的张力-冲程非线性关系、立管的真实截面布置以及采油树的作用,建立更加符合工程实际的三维有限元分析模型,并通过与实验结果对比验证了... 详细信息

本文针对带液压气动式张紧器的顶张式立管,综合考虑浮式平台-张紧器-立管之间的运动关系、液压气柱的张力-冲程非线性关系、立管的真实截面布置以及采油树的作用,建立更加符合工程实际的三维有限元分析模型,并通过与实验结果对比验证了该模型的正确性。基于该有限元模型,研究了张紧器的结构参数对顶张式立管动力响应的影响。结果表明:活塞和活塞杆的直径以及高压气体的初始压强对立管的动力响应影响最大;低压气体的初始压强以及液压气柱和立管之间的夹角对立管的动力响应也有重要影响;在相同的环境条件下,高压气体和低压气体的初始体积对立管的动力响应的影响较小。

关键词：顶张式立管液压气动式张紧器结构参数动力响应

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张紧器系统对顶张式立管固有频率的影响研究

振动与冲击 2020年第11期39卷 209-216页

作者：吴晨余建星余杨陈柏全徐立新天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240 中国船舶工业综合技术经济研究院经济与市场研究中心北京100081

采用Euler-Bernoulli梁模型建立立管的水平运动控制方程,并应用Galerkin方法化简求得立管的固有频率。考虑平台的升沉运动,对比了推导的张紧器详细模型和工程常用的简化模型下立管的固有频率。最后基于推导的详细模型,研究了张紧器结构... 详细信息

采用Euler-Bernoulli梁模型建立立管的水平运动控制方程,并应用Galerkin方法化简求得立管的固有频率。考虑平台的升沉运动,对比了推导的张紧器详细模型和工程常用的简化模型下立管的固有频率。最后基于推导的详细模型,研究了张紧器结构参数对立管固有频率的影响。结果表明:立管固有频率受浮体升沉运动的影响,浮体升沉运动会改变立管的共振特性,引起立管共振点的迁移和转变;采用不同张紧器模型,立管固有频率存在差异,且该差异随着固有频率阶次的增大而增大;立管固有频率受张紧器结构参数的影响,在实际工程中应合理选择张紧器的参数大小,以避免发生参激共振和涡激共振。

关键词：顶张式立管张紧器系统平台运动固有频率

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顶张式立管液压气动式张紧器的模拟方法

船舶工程 2018年第1期40卷 27-31,80页

作者：陈柏全余杨余建星高静坤刘浩天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240 中海石油深海开发有限公司广东深圳518000

综合考虑液压气柱的张力-冲程非线性关系、液压气柱与立管之间的夹角以及平台-张紧器-立管之间的耦合关系,研究顶张式立管液压气动式张紧器的不同模拟分析方法。选取3种典型工况,对不同张紧器模拟方法下立管的动态响应进行仿真计算,分... 详细信息

综合考虑液压气柱的张力-冲程非线性关系、液压气柱与立管之间的夹角以及平台-张紧器-立管之间的耦合关系,研究顶张式立管液压气动式张紧器的不同模拟分析方法。选取3种典型工况,对不同张紧器模拟方法下立管的动态响应进行仿真计算,分析比较不同模拟方法的科学性和适用性。结果表明:在顶张式立管分析过程中,张紧器的合理模拟至关重要,是否考虑液压气柱和立管之间的夹角对立管响应的影响不大;恒定集中力模型不能反映立管张力的变化规律,而且立管响应也存在较大差别,故不宜采用;线性模型可用于平台运动幅值较小的情况;非线性模型最能反映张紧器的刚度特性,且在极端载荷环境下尤为适用。

关键词：顶张式立管液压气动张紧器模拟方法非线性模型

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顶张式立管动态可靠性分析及维护策略研究

顶张式立管动态可靠性分析及维护策略研究

作者：曲豪西南石油大学

学位级别：硕士

海洋立管对海洋油气资源开发平台和海底井口保持连接起着至关重要的作用。海洋立管中的任何问题都可能会导致灾难性的后果,因此,确保海洋立管系统始终保持较高的可靠性是至关重要的。为了海洋立管系统的能够安全高效地运行,对海洋立管... 详细信息

海洋立管对海洋油气资源开发平台和海底井口保持连接起着至关重要的作用。海洋立管中的任何问题都可能会导致灾难性的后果,因此,确保海洋立管系统始终保持较高的可靠性是至关重要的。为了海洋立管系统的能够安全高效地运行,对海洋立管系统进行动态可靠性分析及维护策略研究是十分必要的。在动态可靠性分析方面,现阶段还未研究立管自身参数及环境参数对系统动态可靠性的影响;在维护方面,通常没有将立管系统的可靠性和经济性联系起来,其会导致维护不足或过度维护的现象,维护不足会导致系统可靠性过低,极大的增大了安全事故发生的概率,而过度维护又会致使维护成本逐渐增高,也会导致不必要的资源消耗。因此,我们需要基于海洋立管系统的动态可靠性分析来综合考虑立管系统的安全运行的可靠性和经济性。本文主要研究的内容如下:(1)基于结构可靠性理论的顶张式立管(TTR)动态结构可靠性分析结合传统的结构可靠性理论、剩余强度理论与API规范建立了顶张式立管不同作业模式(正常作业工况和悬挂工况)的动态结构可靠性模型;利用ABAQUS有限元软件建立顶张式立管系统有限元模型并对其进行时域分析,对时域分析过程中的随机变量和随机过程进行概率特性统计,且完成载荷转化。在不同工况下,基于动态结构可靠性模型方法分别研究立管的内在因素及外在因素对顶张式立管系统动态结构可靠性的影响。(2)基于动态贝叶斯网络的顶张式立管动态可靠性分析通过查阅文献,可将顶张式立管系统的失效模式分为立管管柱失效和辅助管线/设备失效两部分,根据失效模式综合考虑人为因素、设备因素、环境因素及基于结构可靠性理论的强度因素建立故障树模型,然后转化为贝叶斯网络模型,使用GeNIe软件建立顶张式立管的动态贝叶斯网络模型,分析人为因素、维修因素和设备等因素对顶张式立管系统动态可靠性的影响,并分别对人为因素和设备因素进行重要度分析。(3)顶张式立管维护策略研究基于可靠性和经济性建立顶张式立管系统的预防性维护模型,引入役龄回退因子建立可靠性模型,来模拟系统每次维护后的可靠性的变化状态;考虑风险失效费用、维修费用和检测费用建立预防性维护成本模型;然后根据预防性维护可靠性最大化和预防性维护成本最小化的目标,基于常用的数学方法建立关于可靠性与维护成本的多目标优化的目标函数,在MATLAB环境下,运用编程对其进行优化求解,得到最小化的目标函数,此解即为所求的最优解,然后分析三种费用对预防性维护总成本的敏感性,并研究役龄因子的三个系数与预防性维护总成本、维护次数之间的关系。

关键词：顶张式立管结构可靠度理论贝叶斯动态可靠性维护策略

深水顶张式立管全耦合动力响应及参数敏感性分析

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海洋工程 2019年第1期37卷 108-116页

作者：罗坤洪黄维平常爽柳振海中国海洋大学工程学院山东青岛266100 浙江省电力设计院浙江杭州310012

通过建立双套管与油管的全耦合运动控制方程,使用Newmark-β法,运用Matlab软件进行编程,对模型进行非线性时域动力耦合响应分析,分析在一定波浪环境,不同扶正器布置间距下,立管各层相同节点处耦合动力响应,研究各层管之间发生碰撞和摩... 详细信息

通过建立双套管与油管的全耦合运动控制方程,使用Newmark-β法,运用Matlab软件进行编程,对模型进行非线性时域动力耦合响应分析,分析在一定波浪环境,不同扶正器布置间距下,立管各层相同节点处耦合动力响应,研究各层管之间发生碰撞和摩擦的最大扶正器布置间距;分析相同扶正器布置间距下,不同顶张力系数对耦合动力响应的影响。结果表明:在波浪作用下,全耦合动力响应分析比等效管更能展现各层管的实际动力响应;扶正器布置间距与顶张力系数的取值不同,会影响各层立管的耦合响应与相对位移,取值不当时,立管会发生碰撞。

关键词：顶张式立管双套管全耦合动力响应敏感性扶正器顶张力系数布置间距

深水顶张式立管参数振动与涡激振动耦合振动分析方法研究

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中国海上油气 2014年第4期26卷 100-105页

作者：吴学敏黄维平滕文刚青岛港(集团)有限公司中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室中国石油工程建设公司华东设计分公司

考虑浮式平台垂荡引起的顶张式立管参数振动对横向振动的影响及立管与流体的流固耦合作用,开展了深水顶张式立管参数振动与涡激振动耦合振动分析方法研究,提出了深水顶张式立管参数振动与涡激振动耦合的振动模型。利用耦合振动模型对1 5... 详细信息

考虑浮式平台垂荡引起的顶张式立管参数振动对横向振动的影响及立管与流体的流固耦合作用,开展了深水顶张式立管参数振动与涡激振动耦合振动分析方法研究,提出了深水顶张式立管参数振动与涡激振动耦合的振动模型。利用耦合振动模型对1 500 m水深的顶张式立管进行了算例分析,结果表明:由平台垂荡引起的立管参数振动加剧了立管横向振动的幅值,并且在同一海流速度下沿不同轴向位置处立管的参数振动对立管横向振动幅值的影响不尽相同,立管的参数振动对顺流向振动幅值的影响大于对横流向振动幅值的影响。

关键词：深水顶张式立管参数振动涡激振动流固耦合

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深水顶张式立管疲劳与裂纹扩展研究

深水顶张式立管疲劳与裂纹扩展研究

作者：帅潇北京化工大学

学位级别：硕士

随着人类社会对能源需求的急剧增加,海洋资源的勘探、开发和利用正迅速向深海区域发展。连接海底井口设备与海面浮式装置的深水顶张式立管,可用于钻井、完井和生产,是深海油气资源开发系统中的重要组成部分,作用非常关键。深水立管所处... 详细信息

随着人类社会对能源需求的急剧增加,海洋资源的勘探、开发和利用正迅速向深海区域发展。连接海底井口设备与海面浮式装置的深水顶张式立管,可用于钻井、完井和生产,是深海油气资源开发系统中的重要组成部分,作用非常关键。深水立管所处海洋环境非常复杂,受到风、海浪、海流、潮汐、地震、海冰作用以及上端浮体运动的影响,不断变化的载荷容易引起立管的疲劳破坏。而且相当部分立管是焊接结构,立管环缝处常常存在未熔合的焊接缺陷,缺陷的存在和扩展是立管疲劳寿命分析中需要考虑的重要因素。本文主要研究了深水顶张式立管的疲劳寿命和未熔合缺陷裂纹的扩展情况。具体工作如下1.介绍了海洋工程结构寿命分析常用的两种方法：基于S-N曲线和Miner线性累积损伤理论的方法,基于Paris公式的断裂力学方法。2.讨论了常用的线性波浪理论与斯托克斯波浪理论的基本方程和推导过程,介绍了使用莫里森方程计算立管波浪载荷的方法,讨论了波浪理论的选取以及阻力系数和质量系数的确定问题。3.研究了顶张式立管在波浪、海流、平台运动等复杂海洋环境载荷和边界条件下立管结构的动力响应,选取不同的S-N曲线,基于Miner(?)性累积损伤理论计算了立管结构的疲劳寿命,立管疲劳损伤率最大的位置位于海平面下4m处的位置。4.基于Paris裂纹扩展模型对椭圆形裂纹和圆形裂纹两种未熔合的缺陷裂纹进行扩展分析,得到了两种裂纹扩展前后裂纹的前缘长度、裂纹面积以及相应的裂纹扩展寿命。

关键词：顶张式立管疲劳裂纹扩展