摘要：金属波纹管作为FLNG低温柔性管道的内衬结构层,直接决定着低温管道的整体力学性能与安全性能,且在实际应用中直接与超低温(-163℃)的液化天然气接触。论文基于力-热耦合方法研究了在超低温环境下U型金属波纹管的拉伸性能,探究了波高、波距和壁厚等结构参数对其拉伸性能的影响,分析了各参数影响的敏感性。结合低温柔性管道的实际应用与生产工艺的需求,以U型波纹管的拉伸刚度最大化为优化目标,考虑了波纹管弯曲刚度、材料成本和实际工艺等多个约束条件,基于多岛遗传算法进行U型波纹管拉伸性能优化设计,并通过有限元模型验证了该优化设计方法的适用性。

摘要：低温柔性管道是海上浮式液化天然气生产储卸装置系统中输送液化天然气的核心装备之一。U型波纹管作为低温柔性管道最内层结构,直接影响低温管道的安全性。本文选取波径和环板长度作为独立结构设计参数进行结构分析,解决了在传统的U型波纹管灵敏度分析中,波高会随波距的改变而改变的耦合计算问题。构建了径向基函数神经网络代理模型,采用遗传算法对U型波纹管结构开展了多目标优化,获得以拉伸刚度最大和弯曲刚度最小为优化目标时的帕累托最优解集,为U型波纹管在实际工程应用中提供有益的设计参考。

摘要：FLNG(floating liquefied natural gas)是一种集LNG(液化天然气)的液化、存储、装卸为一体的新型海上浮式生产系统。螺旋骨架复合柔性低温管道是其中关键的核心配套装备,然而其结构形式复杂,各结构层之间存在着大量的接触、摩擦等非线性问题,使理论建模与数值分析求解较困难;针对螺旋骨架复合柔性低温管道的一维周期性特征,基于渐近均匀化理论新方法(novel implementation of asymptotic homogenization,NIAH),建立螺旋骨架复合柔性低温管道的微单胞模型并施加周期性边界条件,求解得到宏观结构的等效刚度参数。通过与精细有限元模型计算结果对比,发现其等效误差小于3.60%,计算成本缩减约32倍,验证了基于NIAH等效刚度计算的准确性与高效性;针对管道螺旋缠绕结构特征,提出双对称边界条件施加方法,其结果比传统的单对称边界条件减少了78.00%的误差;总结了不同周期性边界条件适用的结构特点,为螺旋骨架复合柔性低温管道的结构设计与分析提供可靠、快速的等效计算方法。

摘要：波纹结构广泛地应用于工程实践中,如波纹板与波纹管.由于波纹结构的复杂性,解析方法很难精确表达其基本力学性能参数,同时,数值建模耗时较多,难以提高分析效率.波纹结构呈现典型的周期性,基于渐近均匀化方法可推导得到新格式.其便于在商业有限元软件上二次开发实现快速求解,从而获得波纹结构单胞等效力学性能参数.通过尺寸效应分析获得单胞选取的最佳尺寸;同时,针对某一波纹板建立其等效分析模型,在集中荷载作用下模拟其力学变形,通过与精细数值分析结果对比,发现其误差不到2%.充分验证了该等效方法的可行性,其为工程中波纹结构快速设计提供了一种有效途径.

摘要：金属波纹管结构在现代工程的多个领域中均具有广泛的应用,作为一种重要的补偿元件,可在压力容器和管道系统中对结构的温度变化、机械位移或振动进行热补偿与位移补偿等。近年来,随着高技术船舶FLNG(Floating Liquefied Natural Gas),即新型海上浮式LNG(液化天然气)生产系统的兴起与发展,金属波纹管结构也广泛地应用于LNG低温柔性管道中。作为低温柔性管道的内衬结构层,金属波纹管直接与低温传输介质接触,可起到承受管道内部压力、密封传输介质等功能。然而在实际工程中,波纹管结构的截面形状多种多样,不同管型的金属波纹管对应的力学性能差异较大,其概念选型设计尚缺乏系统性的研究。本文以最常见的U型、C型、Ω型等三种管型波纹管为研究对象,分别对这三种管型的金属波纹管进行多工况分析与关键性能指标对比,得到不同管型的金属波纹管结构在实际应用中所适用的工程背景,并认为U型波纹管是最适合LNG低温柔性管道内衬层的金属波纹管结构。

摘要：LNG (液化天然气)耐超低温柔性管道是开采、运输、存储LNG过程中的关键装备之一,被誉为是LNG外输系统的“血管”.近年来,随着LNG的开发逐渐由近海走向深远海,耐超低温柔性管道作为LNG外输系统中的核心输运装备迎来了更加广阔的发展前景,同时也面临着由更加严苛的海洋环境带来的结构失效的挑战.本文针对LNG耐超低温柔性管道的工程应用背景、结构设计、内流分析等方面进行了调研与综述,总结了LNG耐超低温柔性管道上述各项技术的研究进展.分析了LNG耐超低温柔性管道的波纹管状结构、螺旋缠绕结构和高分子材料的柔顺性结构特征的力学机理,总结了实现柔顺性结构的方法,梳理了LNG耐超低温柔性管道管内流体计算分析的规律,并对LNG耐超低温柔性管道相关技术的未来研究热点提出了展望.我国在LNG耐超低温柔性管道相关技术的研究工作中起步相对较晚,突破LNG耐超低温柔性管道的结构设计分析与工业应用中的关键力学问题,实现LNG耐超低温柔性管道的国产化研制,对于实现我国深远海天然气资源开发的“卡脖子”技术的自主可控,助力“碳达峰”国家战略目标的实现具有重要意义.

摘要：低温柔性管道是海上浮式液化天然气装置系统(FLNG)的核心输运装备。针对低温柔性管道多材料、多层复合的结构设计难点,将其按照不同功能解耦成内衬层、抗拉铠装层以及辅助层三个关键结构层。基于神经网络模型(RBF)、Kriging模型以及响应面模型(RSM)三种建模方法建立了上述三个结构层响应分析的代理模型,并通过模型准确度的比较,发现RBF的误差均最小。在优化设计中,基于遗传算法分别对低温柔性管道上述关键结构层进行多目标优化设计。在内衬层结构的优化中,以质量及弯曲刚度最小为优化目标;在抗拉铠装层结构的优化中,以质量最小及拉伸刚度最大为优化目标;在辅助层结构的优化中,以质量、弯曲刚度及传热速率最小为优化目标。研究工作为低温柔性管道的结构提供了关键设计参数及理性的设计方法。

摘要：以某海况的陡波线型设计为研究对象,以水面浮体的漂移域、管道线型最大曲率和经济性为设计指标,建立柔性立管整体线型的数值分析模型,开展这3项指标对于浮筒设计数量的灵敏度分析。提取上述指标结果,进行归一化处理,以漂移域最小、线型曲率最大、经济成本最低为优化目标,进行具有陡波线型特征的柔性立管系统浮筒数量的多目标优化设计,给出最优设计方案。

摘要：海洋柔性立管是深水油气开采的核心装备之一,被誉为深水开发系统的“血管”。本文综述了海洋柔性立管系统的基本结构与发展历程,总结了国内外主要海洋柔性立管生产厂家的产品特点及设计技术。随着海上油气田开发不断走向深水,本文介绍的海洋柔性立管技术必将助力我国深水油气资源的自主可控开发。