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：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：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。