[發(fā)明專利]一種深海緩波型臍帶纜的非線性靜態(tài)分析方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611191847.8
• 申請(qǐng)日: 2016-12-21
• 公開（公告）號(hào): CN106777706A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴偉;孫毅;阮偉東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧海縣浙工大海洋研究院
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種深海緩波型臍帶纜的非線性靜態(tài)分析方法。

背景技術(shù)

深海油氣開采工程中，臍帶纜作為水下生產(chǎn)系統(tǒng)重要組成部分，起到連接水面浮式裝置和海底油井的重要作用，是海洋油氣水下生產(chǎn)系統(tǒng)的生命線。隨著海洋油氣開采工程不斷向深海推進(jìn)，臍帶纜由于水深增大導(dǎo)致頂端所受的拉力不斷增加。為了避免深水臍帶纜頂端拉力過大，緩波構(gòu)型由于有效減小頂端拉力這一特性被廣泛應(yīng)用于深水油氣開發(fā)。然而，緩波構(gòu)型中浮力塊體系的引入致使其非線性特性愈發(fā)明顯，因此有必要對(duì)深水緩波型臍帶纜進(jìn)行非線性靜態(tài)分析。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有技術(shù)無法有效分析深水緩波型臍帶纜的不足,本發(fā)明提供了一種有效實(shí)現(xiàn)深水緩波型臍帶纜分析的深海緩波型臍帶纜的非線性靜態(tài)分析方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種深海緩波型臍帶纜的非線性靜態(tài)分析方法，包括以下步驟：

步驟一：理論假設(shè)，條件如下：

1.1)不考慮船體的耦合作用，忽略風(fēng)荷載影響；

1.2)僅考慮海流的拖曳水動(dòng)力作用，不考慮波浪作用；

1.3)海床簡(jiǎn)化為水平文克爾地基梁模型，即海床的垂直抵抗力簡(jiǎn)化為一系列線彈簧作用；

1.4)臍帶纜材料各向同性，始終處于彈性階段，且忽略軸向變形影響；

1.5)該力學(xué)分析為平面內(nèi)分析，即二維分析；

步驟二：建立力學(xué)分析模型

臍帶纜由于其細(xì)長(zhǎng)特性，根據(jù)經(jīng)典桿理論以臍帶纜管道中心軸線位置描述其位形，劃分為：

懸跨段，從下放點(diǎn)LOP到觸地點(diǎn)TDP之間的管段，由懸浮段L₁、浮力塊段L₂以及下降著地段L₃三部分組成；

觸地段，管道觸地點(diǎn)TD)之后置于海床上的管段；。

根據(jù)上述深水臍帶纜緩波型劃分，建立兩個(gè)坐標(biāo)系分別對(duì)懸跨段和觸地段進(jìn)行力學(xué)分析：整體坐標(biāo)系(x,y)以下放點(diǎn)(LOP)為該坐標(biāo)系原點(diǎn)，用以分析懸跨段力學(xué)特性；局部坐標(biāo)系(x₁,y₁)以觸地點(diǎn)(TDP)為該坐標(biāo)系原點(diǎn)，用以分析觸地段力學(xué)特性；

步驟三：設(shè)定邊界條件

臍帶纜通過限彎器連接于水面浮式裝置，將其連接簡(jiǎn)化為鉸接連接，從而確定下放點(diǎn)LOP的邊界條件；考慮臍帶纜的直徑影響，確定觸地點(diǎn)處TDP的邊界條件；

步驟四：數(shù)值求解

在求解過程中臍帶纜頂端拉力T₀、懸跨段長(zhǎng)度以及觸地點(diǎn)位置都是未知量，僅頂端下放角θ₀為已知參數(shù)，需要通過迭代運(yùn)算進(jìn)行數(shù)值求解；

一旦頂端拉力T₀確定，通過遞推法從頂端依次計(jì)算出每一微分單元的構(gòu)型，從而求解出臍帶纜緩波型的整體形態(tài)。

進(jìn)一步，所述方法還包括以下步驟：

步驟五：有限元模型驗(yàn)證：使用有限元軟件OrcaFlex建模與理論方法進(jìn)行對(duì)比分析。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：(1)基于懸鏈線理論和小變形梁理論，綜合考慮海洋環(huán)境荷載以及彈性海床地基作用，有較高的正確性和可靠性(2)對(duì)于緩波型臍帶纜安裝分析提供了一種簡(jiǎn)單有效的方法(3)可以對(duì)緩波型臍帶纜安裝進(jìn)行一系列敏感性分析，為實(shí)際的安裝作業(yè)提供參考。

附圖說明

圖1為緩波型臍帶纜受力分析圖。

圖2為緩波型臍帶纜形態(tài)對(duì)比圖。

圖3為沿臍帶纜長(zhǎng)度彎矩對(duì)比圖。

圖4為沿臍帶纜長(zhǎng)度軸力對(duì)比圖。

圖5為懸跨段管段微元受力分析示意圖。

圖6為觸地段管段微元受力分析示意圖。

圖7為數(shù)值計(jì)算流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照?qǐng)D1～圖7，一種深海緩波型臍帶纜的非線性靜態(tài)分析的方法，包括以下步驟：

步驟一：理論假設(shè)

實(shí)際安裝工程中，由于受到海床、風(fēng)浪流以及船體運(yùn)動(dòng)的影響，深水緩波型臍帶纜的非線性靜態(tài)分析比較復(fù)雜。為了便于理論分析研究，做以下簡(jiǎn)單假設(shè)：

1.1)不考慮船體的耦合作用，忽略風(fēng)荷載影響。

1.2)僅考慮海流的拖曳水動(dòng)力作用，不考慮波浪作用。

1.3)海床簡(jiǎn)化為水平文克爾地基梁模型，即海床的垂直抵抗力可簡(jiǎn)化為一系列線彈簧作用。

1.4)臍帶纜材料各向同性，始終處于彈性階段，且忽略軸向變形影響。

1.5)該力學(xué)分析為平面內(nèi)分析，即二維分析。