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基于Pasternak海床模型的椭圆余弦波浪荷载作用下埋置管线动力响应解析解 被引量:1
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作者 张治国 叶铜 +3 位作者 张成平 PAN Yu-tao 沈安鑫 吴钟腾 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期76-89,共14页
通过两阶段分析方法,针对椭圆余弦波作用下埋置管线的动力响应进行了探究。基于椭圆余弦波理论,采用Biot固结方程推导了非线性波浪作用下浅水区埋置管线所受的周期波浪压力;将管线考虑为动力Pasternak海床模型上的Euler-Bernoulli梁,将... 通过两阶段分析方法,针对椭圆余弦波作用下埋置管线的动力响应进行了探究。基于椭圆余弦波理论,采用Biot固结方程推导了非线性波浪作用下浅水区埋置管线所受的周期波浪压力;将管线考虑为动力Pasternak海床模型上的Euler-Bernoulli梁,将波浪动荷载施加到管线上获得无限长管线的动力响应偏微分控制方程;利用Fourier变换和Laplace变换并借助卷积定理得到管线挠度、速度、加速度、转角、弯矩和剪力的动力响应解。通过与三维有限元数值算例及既有试验结果对比验证了解析解的正确性与适用性。对椭圆余弦波作用下埋置管线的动力响应特性进行了敏感参数分析,结果表明:波浪高度H显著影响了波面形状与海床内波浪力大小,不同浪高下管线转角、弯矩和剪力的变化更明显,而挠度、速度和加速度响应敏感性则较低。 展开更多
关键词 非线性波浪 埋置管线 渗流力 管土作用 动力Pasternak海床模型
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LNG低温复合软管疲劳特性及参数化分析研究 被引量:2
2
作者 张玉 熊红祥 +3 位作者 程子云 崔腾飞 张飞凡 方加瑜 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2024年第3期95-106,共12页
LNG低温复合软管具有强度高、重量轻、柔韧性好等优点,可以满足恶劣海况下LNG的输送需求,但其结构复杂,且面临多种耦合载荷作用下的疲劳失效问题。首先建立了LNG低温复合软管的有限元模型,研究了复合软管在弯曲和内压载荷下的力学响应... LNG低温复合软管具有强度高、重量轻、柔韧性好等优点,可以满足恶劣海况下LNG的输送需求,但其结构复杂,且面临多种耦合载荷作用下的疲劳失效问题。首先建立了LNG低温复合软管的有限元模型,研究了复合软管在弯曲和内压载荷下的力学响应和弯曲疲劳寿命特性;然后改变螺旋钢丝直径、预紧间距、导程和纤维层数及摩擦系数等参数,对软管的弯曲疲劳寿命进行了参数化分析。结果表明预紧间距、导程和纤维层数对复合软管的疲劳损伤影响显著:预紧间距增大时,复合软管疲劳损伤先增大后减小;导程减小或者层数增加时,复合软管的疲劳损伤会明显减小。摩擦系数对疲劳损伤几乎没有影响。研究成果可为低温复合软管的结构设计提供理论参考。 展开更多
关键词 LNG低温复合软管 强度分析 参数化分析 疲劳分析
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内孤立波作用下缓波形立管动力特性研究
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作者 余杨 刘晓伟 +3 位作者 李振眠 孙若飞 杨政龙 徐立新 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期803-817,共15页
我国南海活跃着大量内孤立波,严重威胁海洋工程作业的安全。本文采用向量式有限元方法分析内孤立波作用下深海缓波形钢悬链立管动力特性,建立考虑触地段土反力和内孤立波载荷的缓波形钢悬链立管动力模型,根据mKdV方程求解内孤立波载荷,... 我国南海活跃着大量内孤立波,严重威胁海洋工程作业的安全。本文采用向量式有限元方法分析内孤立波作用下深海缓波形钢悬链立管动力特性,建立考虑触地段土反力和内孤立波载荷的缓波形钢悬链立管动力模型,根据mKdV方程求解内孤立波载荷,基于向量式有限元梁单元编制Fortran计算程序。分析不同入射角内孤立波作用下立管的位移极值、张力及弯矩变化趋势,并比较缓波形立管与简单钢悬链立管在内孤立波作用下的动力特性。结果表明:内孤立波作用下,缓波形钢悬链立管会有较大的位移响应,特别是顶部悬垂段会有较大的水平位移;缓波形立管比简单钢悬链立管有更显著的张力变化幅值,有更加复杂的弯矩变化趋势。 展开更多
关键词 缓波形钢悬链立管 内孤立波 向量式有限元 KdV理论 动力响应
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腐蚀海洋立管的涡激振动响应分析
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作者 刘晖 刘蓉 +1 位作者 吉柏锋 王雪亮 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第16期33-41,共9页
海水对深海服役输油立管的腐蚀作用会不断改变立管表面形态和动力特性,从而显著影响立管涡激振动响应。因此,基于X70管线钢模拟深海环境腐蚀试验结果,分析了不同腐蚀率的立管涡激振动响应。首先,对X70管线钢标准挂片进行模拟深海环境腐... 海水对深海服役输油立管的腐蚀作用会不断改变立管表面形态和动力特性,从而显著影响立管涡激振动响应。因此,基于X70管线钢模拟深海环境腐蚀试验结果,分析了不同腐蚀率的立管涡激振动响应。首先,对X70管线钢标准挂片进行模拟深海环境腐蚀试验,获得材料腐蚀速率和壁厚损伤程度时变模型;然后,根据相同腐蚀速率下单位面积腐蚀损失质量一定的等效原则,建立表征不同腐蚀率立管的有限元模型;最后,采用嵌套网格技术实现计算域内网格动态更新来考虑立管与流场的流固耦合,分析腐蚀立管的横流向和顺流向涡激振动响应幅值以及锁定区间。研究表明,当腐蚀率较小时,腐蚀对立管涡激振动呈现出较强抑制作用,最大横流向和顺流向振幅分别是光滑立管的53.40%和16.70%,且提前进入并推后离开锁定区间。但是,随着腐蚀率增加,立管涡激振动响应急剧增加,在腐蚀率为4.07%~22.74%内,腐蚀立管涡激振动响应幅值都大于光滑立管,最大横流向和顺流向振幅分别是光滑立管的1.16倍和1.17倍,进入锁定区间与光滑立管基本相同,但推后离开锁定区间。当腐蚀率为28.09%时,腐蚀立管涡激振动响应有所降低,但横流向振幅仍大于光滑立管,进入锁定区间与光滑立管基本相同,但较大幅度提前离开锁定区间。 展开更多
关键词 结构工程 涡激振动 腐蚀海洋立管 响应幅值 锁定区间 腐蚀率
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层间摩擦系数对非黏结柔性管抗拉铠装层轴压屈曲失效模式的影响研究
5
作者 马维林 田浩宇 +4 位作者 刘栋杰 孙大林 徐朋朋 王双 杨永春 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2024年第3期60-68,共9页
在柔性管运输、铺设安装和服役过程中,由于其抗拉铠装层钢带为柔性细长螺旋结构,当外部载荷超过临界值时,抗拉铠装层钢带容易发生屈曲失效。考虑非线性材料、几何大变形、层间接触和摩擦等非线性效应的影响,运用ABAQUS有限元软件建立了6... 在柔性管运输、铺设安装和服役过程中,由于其抗拉铠装层钢带为柔性细长螺旋结构,当外部载荷超过临界值时,抗拉铠装层钢带容易发生屈曲失效。考虑非线性材料、几何大变形、层间接触和摩擦等非线性效应的影响,运用ABAQUS有限元软件建立了63.5mm典型非黏结柔性管8层完整结构模型,研究了在抗拉铠装层不同层间摩擦系数的情况下,非黏结柔性管在轴向压缩载荷作用下的力学性能和屈曲失效模式。研究结果表明,层间摩擦系数对非黏结柔性管的抗压刚度和抗拉铠装层屈曲失效模式有较大影响,层间摩擦系数以0.1和0.2为分界点,抗压刚度和屈曲失效模式均呈现出“三段式”变化规律。研究成果可为海洋非黏结柔性管的结构设计和屈曲失效评估提供技术参考。 展开更多
关键词 非黏结柔性管 抗拉铠装层 屈曲失效模式 轴向压缩载荷 层间摩擦系数
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航道区碎石层对霍尔锚落锚条件下海底管道防护效果研究
6
作者 王懿 黄俊 +2 位作者 李丽伟 邓卓远 顾雨晨 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2024年第3期179-189,共11页
航道中船舶抛锚作业使海底管道可能受意外撞击,造成管道局部损伤甚至失效,进而对油气生产安全和生态环境等造成重大危害。采用碎石层防护是航道区等海域海底管道最常用的防护手段。首先基于大比尺落锚模型试验,观测了霍尔锚下落贯入碎石... 航道中船舶抛锚作业使海底管道可能受意外撞击,造成管道局部损伤甚至失效,进而对油气生产安全和生态环境等造成重大危害。采用碎石层防护是航道区等海域海底管道最常用的防护手段。首先基于大比尺落锚模型试验,观测了霍尔锚下落贯入碎石的3个阶段及其贯入过程中管道的应力应变状态。通过建立光滑粒子流体动力学法(SPH)和有限元法(FEM)耦合的数值模型,针对实际不同吨位通航船舶常用的霍尔锚,研究了其贯入碎石层深度及埋设管道受力和凹陷变形规律。最后分析了不同锚质量、碎石层形状和厚度等因素下埋设管道的响应规律。结果表明:采用暗埋式碎石防护层有利于撞击能量吸收,能更好地防护海底管道受损;且采用3m以上碎石防护层能有效保护海底管道抵抗各类实际常见霍尔锚的撞击损伤。 展开更多
关键词 海底管道 霍尔锚 落锚撞击 碎石防护 光滑粒子流体动力学法
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船艏装载原油外输软管动力影响因素分析
7
作者 郑晓涛 胡轲 陈德庆 《船海工程》 北大核心 2024年第5期44-50,共7页
针对船艏装载原油外输软管安全作业问题,进行软管动力响应影响因素分析。基于集中质量法,建立船艏外输漂浮软管与穿梭油轮和FPSO的整体耦合动力分析模型,分析影响软管受力的影响因素,在此基础上确定软管受力最小的方案,并给出软管安全... 针对船艏装载原油外输软管安全作业问题,进行软管动力响应影响因素分析。基于集中质量法,建立船艏外输漂浮软管与穿梭油轮和FPSO的整体耦合动力分析模型,分析影响软管受力的影响因素,在此基础上确定软管受力最小的方案,并给出软管安全作业的环境工况。计算结果表明,在作业工况下设计漂浮软管管串长度为170.6 m,FPSO与穿梭油轮的距离为80 m,此时软管的有效张力最小。提出软管的极限作业工况范围为流速1.1 m/s,浪高7 m。研究提出的软管外输方案可为船艏外输漂浮软管设计提供参考。 展开更多
关键词 船艏外输 动力响应 敏感性分析 漂浮软管
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海洋纤维增强热塑性立管极限承载拉力预测方法 被引量:2
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作者 何杨烨 谭健 +3 位作者 韩元明 袁坤 刘军鹏 安峰辰 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2024年第3期44-59,共16页
海洋新型纤维增强热塑性立管因其可盘卷、耐腐蚀、耐疲劳和轻质化等优点,在深水油气开发中应用前景十分广阔。热塑性立管具有复合材料的各向异性、受力耦合效应及复杂的本构关系,且承受浮体运动和复杂海洋环境载荷,其失效模式尚未明确... 海洋新型纤维增强热塑性立管因其可盘卷、耐腐蚀、耐疲劳和轻质化等优点,在深水油气开发中应用前景十分广阔。热塑性立管具有复合材料的各向异性、受力耦合效应及复杂的本构关系,且承受浮体运动和复杂海洋环境载荷,其失效模式尚未明确。针对轴对称载荷作用下纤维增强热塑性立管极限承载力问题,进行热塑性管稳态热传导和热应力的理论推导,求解了稳态温度和应力分布,首次给出了在任意温度载荷作用下管体径向位移的解析解,并直接求解其径向、轴向、环向和剪切应力。采用各向同性层Von Mises和各向异性层最大应力(Max Stress)准则或Tsai-Hill准则判定热塑性管的失效,基于应力分布、失效准则和二分法计算了热塑性管的极限载荷。温度载荷、纤维铺设角度和径厚比对管道的应力分布影响显著。不同温度载荷会改变失效指数沿径向的变化趋势,增大轴向拉力将增大热塑性管的失效指数,选用不同的失效准则在管体失效判定上存在一定的差异。热塑性管温度越低、纤维铺设角越小及径厚比越大,管道对轴向拉伸载荷的承载能力越强。 展开更多
关键词 海洋立管 热塑性管 轴对称载荷 温度分布 失效分析 极限承载力
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基于弯矩修正法的浅水区海底直铺管道允许悬跨长度计算
9
作者 付长静 王锦国 赵天龙 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期588-592,共5页
海底管道悬空问题是管道工程建设中经常遇到的重要问题,当管道的悬跨长度达到一定值时,管道较容易失稳,而悬空油气管道失稳破坏导致的后果往往非常严重,因此需要对悬空的海底管道进行定期的维护和处理,但由于海上作业难度大,针对悬空管... 海底管道悬空问题是管道工程建设中经常遇到的重要问题,当管道的悬跨长度达到一定值时,管道较容易失稳,而悬空油气管道失稳破坏导致的后果往往非常严重,因此需要对悬空的海底管道进行定期的维护和处理,但由于海上作业难度大,针对悬空管道的治理成本非常高,因此可考虑对处于悬空但在安全允许悬空范围内的管道暂时不进行加固,此时就需要计算管道的允许悬跨长度,为管道的治理提供依据。由于我国油田大多建设在近海地区,因此在考虑管道的悬空问题时需考虑浅水区波浪的特点。本文考虑浅水区波浪的非线性影响,推导得到浅水区波浪场内任意一水质点的水平流速和竖向流速计算公式,并根据该公式和Morison方程,进一步建立了管道悬跨水动力载荷的表达式,最后基于弯矩修正法,提出浅水区平铺海底管道允许悬跨长度计算公式。根据工程实例,结合本文研究,计算得到该工程所在海区平铺管道允许悬跨长度。 展开更多
关键词 浅水波浪理论 弯矩修正法 海底管道 悬跨长度
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均匀流作用下柔性悬垂管涡激振动响应特性试验研究
10
作者 王靖 许玉旺 +3 位作者 任浩杰 付雪鹏 付世晓 张萌萌 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期1405-1419,共15页
温差能发电是近年海洋可再生能源研究的热点,悬垂取水管作为温差发电装置中提取深层冷海水的关键结构,其涡激振动响应特性尚不明确。本文开展了均匀流下悬垂管的涡激振动水池模型试验,利用光纤光栅应变传感器测量涡激振动应变响应,通过... 温差能发电是近年海洋可再生能源研究的热点,悬垂取水管作为温差发电装置中提取深层冷海水的关键结构,其涡激振动响应特性尚不明确。本文开展了均匀流下悬垂管的涡激振动水池模型试验,利用光纤光栅应变传感器测量涡激振动应变响应,通过模态分析法、小波变换等数据处理方法研究悬垂管的幅值和频率特征。分析试验结果发现:均匀流作用下,悬垂管的涡激振动位移响应最大幅值主要位于悬垂管底部;柔性悬挂立管IL(in-line)和CF(cross-flow)主导频率基本满足二倍频关系,但是在模态转换的流速工况下会出现IL和CF方向主导频率相同的现象,同时伴随着明显的“行波”、“多频响应”以及“时间共享”特征;处理得到背景洋流作用下悬垂管的CF和IL方向斯特哈尔数分别为0.15和0.30,略小于以往两端铰支柔性立管试验结果,该值将为悬垂输水管涡激振动预报研究提供参数输入。 展开更多
关键词 悬垂管 柔性立管 涡激振动 模型试验
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双向剪切流作用下柔性立管平均阻力特性研究
11
作者 付雪鹏 付世晓 +3 位作者 张萌萌 许玉旺 任浩杰 孙童晓 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1637-1643,共7页
中国南海存在由内孤立波诱发形成的特殊双向剪切流场.开展了双向剪切流场下的涡激振动状态柔性立管的阻力特性实验研究,基于模态分析法以及张力梁弯曲理论处理实验测量应变时历得到了立管模型的平均阻力,分析了双向剪切流下的柔性立管... 中国南海存在由内孤立波诱发形成的特殊双向剪切流场.开展了双向剪切流场下的涡激振动状态柔性立管的阻力特性实验研究,基于模态分析法以及张力梁弯曲理论处理实验测量应变时历得到了立管模型的平均阻力,分析了双向剪切流下的柔性立管初始位移、平均阻力以及平均阻力系数特性,确证了双向剪切流具有与线性剪切流相当的阻力系数放大效果.同时发现了双向剪切流下柔性立管独特的中部剪力极值特性,提出剪力系数并拟合得到了双向剪切流下柔性立管中部剪力极值经验公式,该公式将为南海立管设计提供强度校核外载荷输入. 展开更多
关键词 涡激振动 双向剪切流 平均阻力 剪力
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波流联合作用下掺氢输气海管泄漏扩散研究
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作者 朱红钧 黄栏 +1 位作者 高岳 唐堂 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2024年第3期107-118,共12页
由于氢气密度低,泄漏后的掺氢天然气在海洋波流作用下的浮升扩散行为有别于纯天然气,其泄漏扩散规律有待明晰。利用计算流体力学方法数值模拟了波流联合作用下掺氢输气海管泄漏扩散的过程,结果表明气体泄漏的过程可分为泄漏初期、向上... 由于氢气密度低,泄漏后的掺氢天然气在海洋波流作用下的浮升扩散行为有别于纯天然气,其泄漏扩散规律有待明晰。利用计算流体力学方法数值模拟了波流联合作用下掺氢输气海管泄漏扩散的过程,结果表明气体泄漏的过程可分为泄漏初期、向上浮升以及横向迁移3个阶段。当掺氢比φ_(H2)<50%时,氢气泡的运动轨迹受天然气泡的影响显著。气体浮升高度和扩散直径的变化与时间成正相关,且随着掺氢比的增大,泄漏气体到达液面所需的时间延长。天然气泡和氢气泡直径在上升的过程中都逐渐增大,两者的浮升速度随浮升高度的增加先增大后减小,天然气泡的浮升速度衰减更快。氢气泡直径随掺氢量的增加而增大,天然气泡直径随掺氢量的增大而减小,两者的上升速度随着掺氢量的增大都表现出先增大后减小的趋势,且氢气泡的上升速度大于天然气泡的上升速度。波长和海流流速越大,泄漏气体的扩散直径越大。 展开更多
关键词 气体泄漏 掺氢混输 泄漏扩散 气泡浮升 氢气 天然气 海底管道
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波浪式拖管法铺设海底管道力学性能研究 被引量:2
13
作者 阮伟东 聂庆林 高小峰 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2024年第3期156-169,共14页
海底管道铺设是海洋油气资源开发的重要环节,传统的拖管法不能很好地适应海洋深度和复杂环境的变化。针对Acergy公司在Girassol项目中提出的一种波浪式拖管方法,对其应用于2.0 km长海底管道铺设进行分析。首先,结合深水海洋环境特征,采... 海底管道铺设是海洋油气资源开发的重要环节,传统的拖管法不能很好地适应海洋深度和复杂环境的变化。针对Acergy公司在Girassol项目中提出的一种波浪式拖管方法,对其应用于2.0 km长海底管道铺设进行分析。首先,结合深水海洋环境特征,采用集中质量法建立管道拖航数值模型,并介绍管道、拖缆和浮筒力学计算及水动力荷载计算方法;其次,基于非线性有限元OrcaFlex软件对拖管过程建模,以模拟实际项目拖管过程;然后,通过对比相同条件下的单波式和双波式两种拖管方式,探讨管道和拖缆的动态力学性能变化;最后,针对不同浮重比、拖航速度、拖缆长度和悬垂角、海流流速和流向角等因素展开敏感性分析。结果表明:波浪式拖管法可以有效地降低施工时对拖缆的张力需求,但也会因此增加管道局部弯矩和应力响应;相对于单波式拖管,双波式拖管在缓解由于拖航速度等变化而产生的管道局部损伤效应上更有优势,并能较好地适应不同水深环境;复杂的海流工况对拖航时管道的力学性能影响十分显著,施工前应选择合适的铺设窗口期以防止管道产生损伤。 展开更多
关键词 海底管道 波浪式拖管法 管道铺设 集中质量法 拖航参数 海洋油气开采
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Vibration Control of A Flexible Marine Riser System Subject to Input Dead Zone and Extraneous Disturbances 被引量:1
14
作者 ZHOU Li WANG Guo-rong WAN Min 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2024年第2期271-284,共14页
An observer-based adaptive backstepping boundary control is proposed for vibration control of flexible offshore riser systems with unknown nonlinear input dead zone and uncertain environmental disturbances.The control... An observer-based adaptive backstepping boundary control is proposed for vibration control of flexible offshore riser systems with unknown nonlinear input dead zone and uncertain environmental disturbances.The control algorithm can update the control law online through real-time data to make the controller adapt to the environment and improve the control precision.Specifically,based on the adaptive backstepping framework,virtual control laws and Lyapunov functions are designed for each subsystem.Three direction interference observers are designed to track the timevarying boundary disturbance.On this basis,the inverse of the dead zone and linear state transformation are used to compensate for the original system and eliminate the adverse effects of the dead zone.In addition,the stability of the closed-loop system is proven by Lyapunov stability theory.All the system states are bounded,and the vibration offset of the riser converges to a small area of the initial position.Finally,four examples of flexible marine risers are simulated in MATLAB to verify the effectiveness of the proposed controller. 展开更多
关键词 adaptive backstepping control disturbance observer flexible marine riser input dead zone vibration control
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Sparse Modal Decomposition Method Addressing Underdetermined Vortex-Induced Vibration Reconstruction Problem for Marine Risers 被引量:1
15
作者 DU Zun-feng ZHU Hai-ming YU Jian-xing 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2024年第2期285-296,共12页
When investigating the vortex-induced vibration(VIV)of marine risers,extrapolating the dynamic response on the entire length based on limited sensor measurements is a crucial step in both laboratory experiments and fa... When investigating the vortex-induced vibration(VIV)of marine risers,extrapolating the dynamic response on the entire length based on limited sensor measurements is a crucial step in both laboratory experiments and fatigue monitoring of real risers.The problem is conventionally solved using the modal decomposition method,based on the principle that the response can be approximated by a weighted sum of limited vibration modes.However,the method is not valid when the problem is underdetermined,i.e.,the number of unknown mode weights is more than the number of known measurements.This study proposed a sparse modal decomposition method based on the compressed sensing theory and the Compressive Sampling Matching Pursuit(Co Sa MP)algorithm,exploiting the sparsity of VIV in the modal space.In the validation study based on high-order VIV experiment data,the proposed method successfully reconstructed the response using only seven acceleration measurements when the conventional methods failed.A primary advantage of the proposed method is that it offers a completely data-driven approach for the underdetermined VIV reconstruction problem,which is more favorable than existing model-dependent solutions for many practical applications such as riser structural health monitoring. 展开更多
关键词 motion reconstruction vortex-induced vibration(VIV) marine riser modal decomposition method compressed sensing
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A Comparative Study on the Post-Buckling Behavior of Reinforced Thermoplastic Pipes(RTPs)Under External Pressure Considering Progressive Failure 被引量:1
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作者 DING Xin-dong WANG Shu-qing +1 位作者 LIU Wen-cheng YE Xiao-han 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2024年第2期233-246,共14页
The collapse pressure is a key parameter when RTPs are applied in harsh deep-water environments.To investigate the collapse of RTPs,numerical simulations and hydrostatic pressure tests are conducted.For the numerical ... The collapse pressure is a key parameter when RTPs are applied in harsh deep-water environments.To investigate the collapse of RTPs,numerical simulations and hydrostatic pressure tests are conducted.For the numerical simulations,the eigenvalue analysis and Riks analysis are combined,in which the Hashin failure criterion and fracture energy stiffness degradation model are used to simulate the progressive failure of composites,and the“infinite”boundary conditions are applied to eliminate the boundary effects.As for the hydrostatic pressure tests,RTP specimens were placed in a hydrostatic chamber after filled with water.It has been observed that the cross-section of the middle part collapses when it reaches the maximum pressure.The collapse pressure obtained from the numerical simulations agrees well with that in the experiment.Meanwhile,the applicability of NASA SP-8007 formula on the collapse pressure prediction was also discussed.It has a relatively greater difference because of the ignorance of the progressive failure of composites.For the parametric study,it is found that RTPs have much higher first-ply-failure pressure when the winding angles are between 50°and 70°.Besides,the effect of debonding and initial ovality,and the contribution of the liner and coating are also discussed. 展开更多
关键词 reinforced thermoplastic pipes post-buckling behavior progressive failure of composites DEBONDING initial ovality
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海洋纤维增强柔性管压溃失效特性研究及参数敏感性分析
17
作者 卜嘉润 陈海龙 +2 位作者 刘文成 王树青 丁果林 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2024年第3期69-82,共14页
以一种黏结型的纤维增强柔性管作为研究对象,基于ABAQUS建立纤维增强柔性管的实体单元模型。根据二维Hashin失效判据判断柔性管失效情况,充分考虑管道内外护套层塑性及纤维增强层复合材料渐进失效,建立纤维增强柔性管的压溃数值模型。... 以一种黏结型的纤维增强柔性管作为研究对象,基于ABAQUS建立纤维增强柔性管的实体单元模型。根据二维Hashin失效判据判断柔性管失效情况,充分考虑管道内外护套层塑性及纤维增强层复合材料渐进失效,建立纤维增强柔性管的压溃数值模型。将特征值法与弧长法相结合,计算得到了较为精准的纤维增强柔性管临界压溃压力及对应的外压—椭圆度曲线;并对影响柔性管临界压溃压力的几个敏感性参数如椭圆度、纤维缠绕角度、直线度进行分析。研究结果表明椭圆度和直线度偏差的增大及纤维缠绕角度的降低均会使柔性管的临界压溃压力下降,该结果对纤维增强柔性管的设计与使用均具有一定的参考意义。 展开更多
关键词 纤维增强柔性管 压溃失效 Hashin失效 弧长法 临界压溃压力 缠绕角度 海洋油气
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内压载荷下输氢复合柔性管力学性能研究
18
作者 张吉祥 安晨 +2 位作者 邓海峰 张爱霞 张贝贝 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2024年第3期119-134,共16页
中国氢能产业正随着碳中和愿景的不断推进而快速发展,由于氢气在钢管中容易引发“氢脆”现象,使用钢管输送氢气存在较大挑战,纤维增强复合柔性管作为一种非金属管道在氢气输送领域备受关注,其结构设计及强度分析是产业化应用的瓶颈。为... 中国氢能产业正随着碳中和愿景的不断推进而快速发展,由于氢气在钢管中容易引发“氢脆”现象,使用钢管输送氢气存在较大挑战,纤维增强复合柔性管作为一种非金属管道在氢气输送领域备受关注,其结构设计及强度分析是产业化应用的瓶颈。为探讨内压工况下输氢复合柔性管的结构响应,考虑不同层材料的各向同性及各向异性,基于三维各向异性弹性力学,建立了纤维增强输氢复合管道在内压作用下的力学理论模型,并采用数学方法求解管道位移微分方程,进而获得了N层缠绕增强层输氢复合管道在内压作用下的应力应变解析解,计算结果与内压作用下13层输氢复合柔性管的数值计算结果相符。管道的环向应力最大值出现在防渗透层,输氢软管的增强层承担约70%的载荷作用,径向应力绝对值大小随距离管道截面中心点的距离增大而减小。提出的力学行为分析模型及求解方法为设计输氢复合柔性管提供了重要的理论支撑。 展开更多
关键词 纤维增强 复合柔性管 输氢管道 内压载荷 理论分析
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Numerical study on local scour characteristics around submarine pipelines in the Yellow River Delta silty sandy soil under waves and currents 被引量:1
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作者 Peng Yu Ruigeng Hu +4 位作者 Jike Zhang Qi Yang Jieru Zhao Lei Cao Chenghao Zhu 《Deep Underground Science and Engineering》 2024年第2期182-196,共15页
Due to their high reliability and cost-efficiency,submarine pipelines are widely used in offshore oil and gas resource engineering.Due to the interaction of waves,currents,seabed,and pipeline structures,the soil aroun... Due to their high reliability and cost-efficiency,submarine pipelines are widely used in offshore oil and gas resource engineering.Due to the interaction of waves,currents,seabed,and pipeline structures,the soil around submarine pipelines is prone to local scour,severely affecting their operational safety.With the Yellow River Delta as the research area and based on the renormalized group(RNG)k-εturbulence model and Stokes fifth-order wave theory,this study solves the Navier-Stokes(N-S)equation using the finite difference method.The volume of fluid(VOF)method is used to describe the fluid-free surface,and a threedimensional numerical model of currents and waves-submarine pipeline-silty sandy seabed is established.The rationality of the numerical model is verified using a self-built waveflow flume.On this basis,in this study,the local scour development and characteristics of submarine pipelines in the Yellow River Delta silty sandy seabed in the prototype environment are explored and the influence of the presence of pipelines on hydrodynamic features such as surrounding flow field,shear stress,and turbulence intensity is analyzed.The results indicate that(1)local scour around submarine pipelines can be divided into three stages:rapid scour,slow scour,and stable scour.The maximum scour depth occurs directly below the pipeline,and the shape of the scour pits is asymmetric.(2)As the water depth decreases and the pipeline suspension height increases,the scour becomes more intense.(3)When currents go through a pipeline,a clear stagnation point is formed in front of the pipeline,and the flow velocity is positively correlated with the depth of scour.This study can provide a valuable reference for the protection of submarine pipelines in this area. 展开更多
关键词 local scour numerical simulation submarine pipelines Yellow River Delta
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黏性海床中固结桩式沉箱的垂向抗拔能力
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作者 潘文豪 杨馨竹 +1 位作者 张民曦 喻国良 《海洋工程装备与技术》 2024年第1期10-17,共8页
随着海洋工程的日益大型化、深水化,巫需发展新型的水下基础建设方法。本文介绍了一种结合了吸力式沉箱与海工固结锚技术的固结桩式沉箱,描述了其结构与工作原理,并在试验室内开展了一系列的垂向上拔试验,观测分析了灌浆量及桩管长度对... 随着海洋工程的日益大型化、深水化,巫需发展新型的水下基础建设方法。本文介绍了一种结合了吸力式沉箱与海工固结锚技术的固结桩式沉箱,描述了其结构与工作原理,并在试验室内开展了一系列的垂向上拔试验,观测分析了灌浆量及桩管长度对抗拔力的影响。试验表明,固结材料与桩管底部四周土体结合所形成的次生固结体大大增加了抗剪面积,固结桩式沉箱的抗拔能力较吸力式沉箱有显著提升;沉箱的灌浆量宜取1/20M_(s)(M_(s)为沉箱内能容纳的土体质量);短粗沉箱的最大抗拔力在桩管长度为1.5H(H为沉箱的高度)时出现拐点,细长沉箱的最大抗拔力拐点出现在桩管长度1.5H~2H区间。固结桩式沉箱的抓重比较传统沉箱更高,施工便捷,具有良好的工程应用前景。 展开更多
关键词 固结桩式沉箱 黏性海床 灌浆量 抗拔力 水下固结 上拔试验
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