基于柔性杆理论的脐带缆涡激振动数值模拟系统

针对目前海洋脐带缆分析软件缺乏的状况,本文基于MATLAB开发了脐带缆涡激振动数值模拟系统UCVIV-1.0。由于脐带缆的大变形和大转角会产生显著的几何非线性,脐带缆的静态平衡位形和整体力学响应计算采用了细长柔性杆模型,采用尾流振子模型模拟海流作用下的涡激力。该系统界面清晰友好,操作简单,适用于悬链线型脐带缆。选取了一组脐带缆参数,使用该系统进行了静力计算以及涡激振动计算;并将静力结果与采用国外商业软件OrcaFlex计算的结果进行了比对,发现结果吻合程度较高,在一定程度上验证了系统的可行性和准确性。本系统有望为脐带缆设计软件的开发提供借鉴。

基于钻杆力学推算的水下定向钻进艏向校正算法

针对水下导向攻泥器钻头安装空间有限,钻进导航所用的紧凑型MEMS惯性器件精度较低且长时间工作艏向角容易发散等问题,提出了一种基于柔性钻杆力学模型的位姿推算和辅助校准方法,在不增加传感器的条件下可有效提高原有导航精度。根据柔性杆理论建立钻头艏向角与坐标之间的数学模型,利用钻杆近端刚性大和变形量小的特点,在惯导数据误差偏大时采用卡尔曼滤波算法对MEMS惯导数据与钻杆变形量进行数据融合,从而实现艏向角纠偏和校准的目的。最后在不同工况下通过Abaqus有限元软件进行仿真试验,得出柔性钻杆变形量的对比数据,验证钻杆力学推算算法的有效性。试验表明:基于钻杆力学推算的艏向校正算法满足艏向角辅助校正的基本要求。

海洋动态缆截面设计和静态分析数值模拟研究

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。

陡波形立管涡激振动疲劳损伤参数敏感性分析

基于柔性杆理论和尾流振子模型计算陡波形立管的涡激振动响应;综合使用S-N曲线法、雨流计数法、Palmgren-Miner线性累积疲劳理论对立管涡激振动导致的疲劳损伤进行计算分析。并以MATLAB为平台编写相应计算程序,将本文计算得到的静力分析结果、固有频率和疲劳损伤分别与专业海工计算软件OrcaFlex和已发表文献进行对比验证。进一步对陡波形立管在涡激振动下的疲劳损伤进行参数敏感性分析,结果表明:浮子段长度、浮力因子、弹性模量、海流速度、波浪高度对陡波形立管疲劳损伤均有较大影响,有望为陡波形立管的实际工程设计提供参考。

深水陡波形立管的力学性能及参数敏感性分析

以某深水陡波形布局的立管为研究对象,基于柔性杆理论,建立立管运动方程,编写相应程序,进行立管力学性能计算,并将结果与专业海工软件Orca Flex的计算结果进行对比,验证其正确性与精度。再利用编写的程序对立管陡波形布局下总体布置参数进行参数敏感性分析,得到浮力因子、浮子段长度、浮子段初始位置及海流对立管初始位形、弯矩及有效张力的影响,可以为陡波形立管的总体布置设计提供参考。