摘要：限弯器是保护海洋柔顺性管缆端部连接处在位过程中避免破坏的重要海洋工程装备之一。传统限弯器的结构形式较为固定,而且设计方法仅仅依赖于尺寸设计,因此,传统限弯器结构设计通常偏于保守且经济性较差。本文提出一种基于拓扑优化理论的限弯器结构优化设计方法。基于传统限弯器结构几何形式定义设计变量空间,以柔度最小化为优化目标,在强度约束的条件下构建优化列式。通过该优化设计方法可以在初始设计阶段实现限弯器的新构型结构设计。同时,开展优化结构与原始结构的数值模拟分析,通过力学性能分析对比发现:在相同的工况荷载下,优化后的限弯器结构整体质量降低了16.0%,承载能力提高了18.6%。

摘要：由于限弯器设计涉及多参数且缺乏理论模型与设计依据,导致设计效率低下。本文首先基于欧拉-伯努利梁理论建立了限弯器等效刚度的总体模型,同时采用板弯曲理论与Hertz接触理论建立局部锁合结构的弯曲模型,通过简化得到了模型的半经验求解形式,并定性研究了公头端部高度、有效节长、母头尾部厚度、材料弹性模量四类参数对等效弯曲刚度的影响规律。然后建立有限元分析模型验证了上述半经验求解形式,并引入正交试验研究上述四类参数对等效弯曲刚度的影响程度,验证了理论分析得到的各参数影响趋势。研究获得的限弯器等效弯曲刚度理论模型,以及上述四类参数变化对限弯器等效弯曲刚度的影响规律及程度,可为设计提供参考。

摘要：在外载荷作用下管缆会发生大变形,且管缆与限弯器间出现接触非线性,难以建立管缆与限弯器耦合理论模型进行求解。为此,考虑聚氨酯材料超弹性特性,采用ABAQUS有限元软件研究不同本构模型与不同温度下限弯器对柔性管缆曲率半径的影响。研究结果表明:安装限弯器时管缆最小曲率半径为4.90~6.00 m,符合安全工作要求;采用Ogden本构模型管缆最大应变为0.011,与其他本构模型有较大差异,因此采用Ogden本构模型获得数据较为保守;限弯器数量对管缆最小曲率半径有影响,当限弯器由4个增至10个时,管缆最小弯曲半径从4.61 m增加到4.87 m,且增加趋势逐渐减缓;聚氨酯的力学性能随温度的变化而变化,分别选取3种温度(0、10和20℃)进行计算,管缆最小曲率半径分别为5.40、5.25和5.00 m;随着温度升高,聚氨酯材料塑性增强,使得限弯器作用逐渐减小,管道曲率半径也随之减小,因此安装限弯器时一定要考虑环境温度,采取相应隔热措施,这样有助于增强限弯效果。研究结果可为水下限弯器的设计提供理论依据。

摘要：柔性管缆限弯器存在接触非线性导致剪弯刚度分析困难。为此先基于悬臂梁方程建立剪弯刚度理论模型;然后构建考虑接触边界的锁合结构数值模型,得到其扭转刚度曲线;最后结合理论分析和数值计算求得考虑接触非线性的限弯器剪弯刚度曲线,并同传统的整体数值方法相比较,验证该半数值分析方法的有效性。对比发现基于半数值方法的限弯器剪弯计算效率远高于传统数值方法,其结果误差也满足工程需求;并且限弯器锁合结构处受接触边界影响有明显的非线性;限弯器子梁这一短梁结构基于Timoshenko梁理论计算的结果精度更高也更保守。相较于传统数值方法,该半数值方法用方程直接表达部分参数与剪弯刚度关系,并可以高效地分析限弯器剪弯刚度,使设计工作更加高效。

摘要：目的考虑聚氨酯材料非线性的影响,建立一种简单高效的柔性立管限弯器设计方法。方法首先确定限弯器的初始尺寸,在此基础上进行参数分析,并根据分析结果绘制设计图谱,然后通过插值获得最佳的设计尺寸。结果针对深水与浅水2种典型环境,分别采用本方法与基于遗传算法的优化设计方法进行限弯器设计,通过结果对比验证了方法的有效性。同时发现,深水环境条件设计出的限弯器相对短粗,而浅水条件设计出的限弯器则较为细长,且考虑材料非线性后,2种环境下限弯器的设计尺寸均有所减小。结论本文建立的限弯器设计方法具有广泛的适用性,且能够在确保得到理想设计方案的前提下,显著提高设计效率。与基于遗传算法的优化设计方法相比,采用线性材料和考虑材料非线性时的设计效率可分别提高约10倍和20倍。

摘要：为了预测限弯器的疲劳寿命,分析其失效模式,设计了面向海底柔性管缆的限弯器弯矩测试机。对限弯器原理进行理论分析,采用Abaqus软件进行三维建模,设计限弯器弯矩测试机的结构,并开展测试。研究表明,限弯器弯矩测试机各模块能够有序协调工作,检测精度高,可以实现限弯器弯矩与曲率的自动化检测,满足使用需求。

摘要：本文探究修复后海缆回放入海底过程中的关键问题,对回放过程中的各种弯曲保护装置和维修船运动参数进行数值计算。基于Orcaflex建立仿真模型,对回放过程进行仿真模拟,得到长度、外径、内径、水下长度质量、转向刚度、弯曲刚度、扭转刚度、摩擦系数等参数对海缆回放过程中海缆受力状况的影响,并依此对回放过程中限弯器的设计和选型提出建议:增大限弯器的长度可以有效的降低沿缆最大曲率,防止电缆弯曲失效。通过计算分析可得,在初始张力、速度比和限弯器的长度保持不变的情况下,电缆回放过程中,限弯器的锁合半径越大越容易在限弯器两端发生弯曲失效。在速度比为1.3时,限弯器长度为16m。通过本次研究结果,可以对海缆回放过程中的关键参数进行设计,避免海缆在回放过程中的弯曲失效,降低海缆维护成本,提高海缆维护效率。

摘要：在海洋油气资源的开发过程中,海洋柔性立管以其易弯曲、防腐蚀、方便铺设和可回收等优点占据了立管的主要市场。由于海洋中波浪流荷载的长期作用和立管本身的应力弯曲,立管容易产生弯曲过度和疲劳断裂等问题,造成重大的经济损失和环境破坏。柔性立管附件安装在柔性立管上,对降低立管荷载响应、减小立管最大曲率、防止管道过度弯曲和疲劳失效有显著的效果。本文介绍了不同种类的深海柔性立管附件的基本结构、主要材料和研究意义,并且从理论结构分析、有限元模拟、非线性分析、动力疲劳响应、结构优化设计等方面,总结了国内外至今关于柔性立管附件的研究成果。