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海洋气-液两相输流复合材料立管双向耦合涡激振动特性分析
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作者 常学平 屈从佳 范谨铭 《中国海洋大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期146-160,共15页
为了研究深海油气开发中输送气-液两相复合材料海洋立管的涡激振动,本文对新型复合材料立管在气-液两相内流及海洋外流共同作用下,其横流向和顺流向耦合涡激振动特性进行了分析和研究。基于Hamilton变分原理建立了考虑气-液两相流输运... 为了研究深海油气开发中输送气-液两相复合材料海洋立管的涡激振动,本文对新型复合材料立管在气-液两相内流及海洋外流共同作用下,其横流向和顺流向耦合涡激振动特性进行了分析和研究。基于Hamilton变分原理建立了考虑气-液两相流输运特性、内流流速、轴向顶张力及纤维复合材料特性影响的立管横流向和顺流向耦合振动控制方程,采用尾流振子模型模拟海流对细长复合材料立管的涡激力。利用Newmark-β和四阶Runge-Kutta耦合迭代法求解耦合动力学方程,定量地分析了内流液相流速、气体体积分数以及纤维铺层角对复合材料海洋立管横流向和顺流向涡激振动特性的影响。数值结果表明,立管的振动形态与液相流速呈正相关,与气体体积分数和纤维铺层角呈负相关,并且液相流速、气体体积分数和纤维铺层角对顺流向的偏移量比横流向的影响更大;在振动位移最小的位置处,复合材料立管的运动多为准周期或者混沌形式;立管横流向的弯曲应力对于参数的改变相对于顺流向更加敏感,存在“跳跃”改变现象。 展开更多
关键词 复合材料立管 气-液两相内流 双向耦合振动 尾流振子模型 涡激振动
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深海复合材料立管有限元分析与研究 被引量:2
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作者 高薇薇 张玉 +1 位作者 段梦兰 刘成杰 《石油机械》 2015年第4期64-68,72,共6页
国内油气资源开采逐步走向深海,传统的钢制立管已逐渐不能满足深水要求,国内对复合材料立管的研究起步较晚,有必要对复合材料立管的力学性能进行研究。利用ABAQUS有限元软件建立复合材料立管的有限元模型。进行了复合材料立管在内压、... 国内油气资源开采逐步走向深海,传统的钢制立管已逐渐不能满足深水要求,国内对复合材料立管的研究起步较晚,有必要对复合材料立管的力学性能进行研究。利用ABAQUS有限元软件建立复合材料立管的有限元模型。进行了复合材料立管在内压、外压、拉伸载荷及综合载荷下的应力分析,分析结果显示复合材料结构中环向层主要承受内外压,纵向层主要承受端部张力,MCI部位存在应力集中,提出优化圆角过渡和增加弹性剪切层的办法以改善应力集中。 展开更多
关键词 复合材料立管 ABAQUS 应力分析 应力集中 有限元
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基于流固耦合作用的纤维增强复合材料海洋立管涡激振动的三维计算流体动力学模拟 被引量:4
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作者 葛士权 王春光 +1 位作者 孙明钰 王有镗 《济南大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2020年第1期1-9,共9页
对正交式纤维增强复合材料海洋立管、优化后的纤维增强复合材料海洋立管和金属海洋立管进行基于流固耦合作用的三维计算流体动力学涡激振动模拟,探索不同材料的海洋立管的涡激振动特征;通过等效弹性模量法及层状结构法分别构建3种整体模... 对正交式纤维增强复合材料海洋立管、优化后的纤维增强复合材料海洋立管和金属海洋立管进行基于流固耦合作用的三维计算流体动力学涡激振动模拟,探索不同材料的海洋立管的涡激振动特征;通过等效弹性模量法及层状结构法分别构建3种整体模型,通过System coupling模块与Fluent软件模拟所得的流场结果进行交互,以实现二者之间的耦合作用,并对比不同建模方式及不同种类立管在涡激振动作用下立管位移和应力响应的影响。结果表明:不同建模方式所得的涡激振动特征相近;结构的构造不同使得优化后的纤维增强复合材料海洋立管的位移及应力响应均大于正交式纤维复合材料海洋立管的;在涡激振动作用下,纤维增强复合材料海洋立管的振动幅值大于金属海洋立管的,其应力幅值小于金属海洋立管的,并且二者的变形与应力分布特征也显著不同,与不同种类海洋立管的几何构造尺寸、弹性模量、顶张力、支撑条件等有关。 展开更多
关键词 涡激振动 纤维复合材料海洋立管 流固耦合作用 计算流体动力学 数值模拟
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深海采矿柔性立管轴向承载性能预测理论模型
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作者 孙海波 王莹莹 +4 位作者 贾鲁生 贾旭 李育房 丛川波 黄丁文 《石油机械》 北大核心 2025年第2期50-58,共9页
柔性立管作业过程中需承受极端的轴向张力载荷作用,其轴向承载性能的评估是设计初期重要考量因素。以一种全新的深海采矿复合材料柔性立管为研究对象,基于复合材料细观力学理论建立了柔性立管轴向承载性能预测理论模型,考虑柔性立管各... 柔性立管作业过程中需承受极端的轴向张力载荷作用,其轴向承载性能的评估是设计初期重要考量因素。以一种全新的深海采矿复合材料柔性立管为研究对象,基于复合材料细观力学理论建立了柔性立管轴向承载性能预测理论模型,考虑柔性立管各结构层的材料差异,给出了相应的失效系数判据。理论模型预测三维应力结果与数值模型结果的相对误差均在2%以内,Max Stress失效系数表明复合材料基体会先发生失效,而Tsai-Hill失效系数可充分考虑各方向应力的综合影响而更加偏于保守。理论模型可高效、准确评估柔性立管三维应力分量与极限轴向拉伸载荷。研究结果可为复合材料柔性立管设计以及安全评估提供参考依据。 展开更多
关键词 深海采矿 复合材料柔性立管 轴向承载性能 强度分析 Tsai-Hill失效系数
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