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夹具软管铺设系统结构设计和动力学仿真

收藏本文 2024-03-01 点赞:16953 浏览:72615 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:随着世界陆上石油资源的日渐枯竭,深海油气开采已成为全球能源战略的重点,中国也已经开始重视并加强对海洋石油开采技术的探讨。海底输油管道的铺设是深海石油资源开发的基础,软管铺设系统是用于海底输油软管铺设的专用设备,目前该项技术被少数国外公司所垄断。本课题来源于中国海洋石油工程股份有限公司的科研项目“软管铺设系统关键技术探讨及原理样机研制”。本论文的主要任务是通过对国外相关技术的深入浅析与探讨,完成软管铺设系统的总体结构设计。目的在于设计并研制出具有自主知识产权的、用于深水软管铺设的专用设备。论文介绍了管道铺设技术领域的国内外探讨近况,通过对国内外参考文献的阅读与吸收,阐述了典型铺管策略的特点及运用范围,针对软管铺设系统的基本工作原理进行了探讨,依据系统的设计要求,工作环境及管道参数,对软管铺设系统各部分结构的作业历程进行了探讨和论证,在此基础上提出系统的总体设计案例。在对软管铺设系统总体结构案例进行深入探讨的基础上,对系统进行结构设计。论文重点对系统的曲率调整轮、悬挂夹具、校直器以及铺设塔架等关键部分机械结构进行了详细设计计算及论述校核。运用Pro/E软件建立软管铺设系统的三维结构模型并完成系统结构运动干涉检查以验证结构设计的合理性。结合软管铺设系统的三维实体模型,利用有限元浅析软件对系统的重要组成部分校直器、铺设塔架及悬挂夹具进行强度和刚度校核,通过有限元浅析保证软管铺设系统的结构在强度与刚度上满足设计和利用要求。利用设计的软管铺设系统进行铺设作业必须保证管道的受力情况在允许范围之内,在此前提下对铺设历程中的海底软管力学特性进行浅析,建立管道的数学模型并利用MATLAB软件对软管的受力情况进行计算及仿真,验证管道在铺设历程中的安全性。论文最后针对软管铺设系统正常工作状态与恶劣环境下的工作状态进行了动力学仿真,得到两种工况下的仿真数据并进行比较浅析,以验证软管铺设系统的运动特性满足不同工况下的工作要求。关键词:软管铺设系统论文结构设计论文校直器论文悬挂夹具论文有限元浅析论文动力学仿真论文

    摘要5-6

    Abstract6-11

    第1章 绪论11-21

    1.1 引言11-12

    1.2 课题的来源、目的及作用12-13

    1.3 软管铺设系统国内外进展概况13-15

    1.3.1 国外软管铺设系统的进展近况13-15

    1.3.2 国内软管铺设系统的进展概况15

    1.4 海底管道铺设策略综述15-19

    1.4.1 “S”型铺管法15-16

    1.4.2 “J”型铺管法16-17

    1.4.3 卷筒式铺管法17-18

    1.4.4 软管铺设法18

    1.4.5 铺管策略比较18-19

    1.5 论文主要探讨内容19-21

    第2章 软管铺设系统工作原理及总体案例组成21-33

    2.1 引言21

    2.2 软管铺设系统设计条件21-24

    2.2.1 系统设计要求21-22

    2.2.2 系统工作环境22

    2.2.3 软管性能参数22-24

    2.3 软管铺设系统总体案例探讨24-31

    2.3.1 软管铺设系统工作原理24-27

    2.3.2 铺管历程管道受力探讨27-29

    2.3.3 软管铺设系统结构案例探讨29-31

    2.4 本章小结31-33

    第3章 软管铺设系统关键部件结构设计33-53

    3.1 引言33

    3.2 软管铺设系统曲率调整轮结构设计33-35

    3.2.1 曲率调整轮直径的确定33-34

    3.2.2 曲率调整轮结构设计34-35

    3.3 软管铺设系统悬挂夹具结构设计35-39

    3.3.1 悬挂夹具结构设计35-36

    3.3.2 悬挂夹具受力浅析36-39

    3.4 软管铺设系统校直器结构设计39-46

    3.4.1 履带总成结构设计39-43

    3.4.2 V形板结构设计及力学浅析43-46

    3.5 软管铺设系统铺设塔架结构设计46-52

    3.5.1 铺设塔架结构设计46-47

    3.5.2 铺设塔架受力浅析47-52

    3.6 本章小结52-53

    第4章 软管铺设系统关键结构校核53-73

    4.1 引言53

    4.2 结构静力学浅析概述53

    4.3 软管铺设系统关键零部件强度校核53-64

    4.3.1 校直器系统主要零部件的有限元浅析53-57

    4.3.2 铺设塔架的有限元浅析57-59

    4.3.3 悬挂夹具系统关键结构的有限元浅析59-64

    4.4 海底管道受力探讨64-72

    4.4.1 软管数学模型的建立64-67

    4.4.2 软管刚度矩阵的建立67-69

    4.4.3 海底管道边界条件确定69-70

    4.4.4 海底管道受力浅析70-72

    4.5 本章小结72-73

    第5章 系统铺设塔架动力学仿真73-87

    5.1 引言73

    5.2 系统动力学方程73-76

    5.2.1 系统动力学方程的建立73-74

    5.2.2 系统动力学方程求解74-76

    5.3 铺设塔架工作状态动力学仿真浅析76-85

    5.3.1 正常环境下铺设塔架动力学仿真77-80

    5.3.2 海洋环境下铺管塔架动力学仿真80-85

    5.4 本章小结85-87

    结论87-88

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