一种海洋非粘接柔性管疲劳特性分析方法技术

本申请提供一种海洋非粘接柔性管疲劳特性分析方法，涉及非粘接柔性管疲劳特性分析技术领域。该方法包括：获取环境载荷数据，形成初始载荷工况；根据耦合时域水动力分析模型开展柔性管整体静力分布计算，形成张力及曲率分布数据，并确定潜在疲劳失效点；对潜在疲劳点的张力时程和曲率时程数据进行统计分析，确定疲劳失效点；根据初始载荷工况，利用刚度等效原则进行简化分析，形成柔性管内结构层简化数值计算模型；根据柔性管内结构层简化数值计算模型结合外结构层建立非粘接柔性管截面分析模型，形成抗拉铠装层螺旋钢带应力时程曲线数据；对抗拉铠装层螺旋钢带应力时程曲线数据进行分析，获取疲劳寿命。其能够有效降低疲劳寿命分析中的分析数据量以及改善非线性接触导致的收敛性问题。致的收敛性问题。致的收敛性问题。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋非粘接柔性管疲劳特性分析方法


[0001]本申请涉及非粘接柔性管疲劳特性分析
，具体而言，涉及一种海洋非粘接柔性管疲劳特性分析方法。

技术介绍

[0002]海洋管道作为海洋资源开采的输运工具，是海洋工程装备中不可或缺的一部分。目前对于海洋管道的选用，主要分为钢管和复合式柔性管，其中复合式柔性管属非粘接柔性管凭借其可承受一定程度弯曲以及稳定性高的特点，使用前景十分广阔。
[0003]海洋非粘接柔性管是一种应用海工领域的高技术多层复合管，根据作业海域及输运介质要求进行定制化设计生产，管层一般有几层到十几层不等，其中抗拉铠装层是柔性管承担外部拉伸、弯曲载荷的主承力构件，也是在循环载荷下最易发生疲劳失效的构件，一般地，抗拉铠装层的疲劳寿命就可以代表此根柔性管的疲劳寿命。
[0004]在对非粘接柔性管进行设计时，由于考虑海洋环境情况的复杂，需要进行疲劳特性的分析。在进行疲劳特性分析时，通常会在获取载荷工况后，直接对含各层结构的非粘接柔性管进行计算分析，这样一方面由于原始的保留了各层的数据，计算中需要处理的数据量巨大，影响分析的效率，另外，由于层结构较多且部分结构层十分复杂，计算时很容易发生非线性接触导致的收敛性问题，这需要耗费大量的时间来进行调整和计算，浪费时间和资源。
[0005]因此，设计一种海洋非粘接柔性管疲劳特性分析方法，能够有效降低疲劳寿命分析中的分析数据量以及改善非线性接触导致的收敛性问题，是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]本申请实施例的目的在于提供一种海洋非粘接柔性管疲劳特性分析方法，在进行疲劳失效点的获取时，为了降低过多的潜在疲劳失效点导致的较大分析数据量，通过对潜在疲劳失效点的张力和曲率时程曲线数据进行进一步的统计分析，从潜在疲劳失效点中确定疲劳失效点，大大缩减了数据分析的工作量，提高了分析的效率，同时经过进一步的疲劳失效点筛选，分析的准确度进一步得到提高。另外，在进行简化数值计算模型的建立时，有需要的对非粘接柔性管的内层结构层进行刚度等效简化，一方面简化了分析的数据量，另一方面也避免了由于非粘接柔性管的层结构较多直接进行数值简化引起接触非线性导致的收敛性问题，能够更高效的获取到最终的分析结果，大大提高了分析的有效性。
[0007]第一方面，本申请实施例提供一种海洋非粘接柔性管疲劳特性分析方法，包括：获取环境载荷数据，形成疲劳特性分析的初始载荷工况；确定柔性管线型，建立耦合时域水动力分析模型，并根据耦合时域水动力分析模型开展柔性管整体静力分布计算，形成张力及曲率分布数据，并确定潜在疲劳失效点；利用初始载荷工况对柔性管进行整体动力特性分析，获取柔性管上确定的潜在疲劳失效点的张力时程和曲率时程数据，并对潜在疲劳点的张力时程和曲率时程数据进行统计分析，确定疲劳失效点；根据初始载荷工况，利用刚度等
效原则对非粘接柔性管的内结构层按需进行简化分析，形成柔性管内结构层简化数值计算模型；根据柔性管内结构层简化数值计算模型结合外结构层建立非粘接柔性管截面分析模型，结合疲劳失效点处张力和曲率时程曲线数据，形成抗拉铠装层螺旋钢带应力时程曲线数据；对抗拉铠装层螺旋钢带应力时程曲线数据进行分析，获取非粘接柔性管的疲劳寿命。
[0008]在本申请实施例中，该方法在进行疲劳失效点的获取时，为了降低过多的潜在疲劳失效点导致的较大分析数据量，通过对潜在疲劳失效点的张力和曲率时程曲线数据进行进一步的统计分析，从潜在疲劳失效点中确定疲劳失效点，大大缩减了数据分析的工作量，提高了分析的效率，同时经过进一步的疲劳失效点筛选，分析的准确度进一步得到提高。另外，在进行简化数值计算模型的建立时，有需要的对非粘接柔性管的内结构层进行刚度等效简化，一方面简化了分析的数据量，另一方面也避免了由于非粘接柔性管的层结构较多直接进行数值简化引起接触非线性导致的收敛性问题，能够更高效的获取到最终的分析结果，大大提高了分析的有效性。
[0009]作为一种可能的实现方式，对潜在疲劳点的张力时程和曲率时程数据进行统计分析，确定疲劳失效点，包括：根据潜在疲劳失效点的张力时程和曲率时程数据，获取张力均值数据及曲率均值数据和张力幅值数据及曲率幅值数据；根据张力均值数据及曲率均值数据和张力幅值数据及曲率幅值数据，确定疲劳失效点。
[0010]在本申请实施例中，疲劳特性取决于交变应力，交变应力来源于交变载荷，因此交变载荷的幅值与均值，决定着交变应力的幅值与均值，而疲劳寿命主要跟应力幅值、应力均值相关，所以通过统计潜在失效点所受到载荷的均值与幅值，就可以很容易确定疲劳失效点，进而开展疲劳特性计算。
[0011]作为一种可能的实现方式，获取所有载荷工况下计算所得的潜在疲劳失效点的张力时程和曲率时程数据，并计算每个载荷工况下潜在疲劳失效点张力时程和曲率时程的平均值以及标准差；对比所有张力时程和曲率时程的平均值以及所有张力时程和曲率时程标准差，将张力时程和曲率时程的平均值最大值所对应的潜在疲劳失效点和张力时程和曲率时程的标准差最大值所对应的潜在疲劳失效点确定为疲劳失效点。
[0012]在本申请实施例中，在获取到张力均值数据及曲率均值数据和张力幅值数据及曲率幅值数据后，需要根据这两类数据进行疲劳失效点的判断。可以理解的是，非粘接柔性管所能承受的载荷同自身的材料性能有关，张力或曲率均值越高，整体应力水平也相应较高，其导致疲劳发生的概率也越大。同样地，张力或曲率幅值的大小体现交变载荷的极限载荷情况，张力或曲率幅值越大，交变载荷的极限值也越大，材料受到的最大应力也越大，同样其导致疲劳发生的概率也越大。因此，对于疲劳失效点的确定可以通过对张力和曲率均值以及张力和曲率幅值的对比来确定。
[0013]作为一种可能的实现方式，根据初始载荷工况，利用刚度等效原则对非粘接柔性管的内结构层按需进行简化分析，形成简化数值计算模型，包括：根据初始载荷工况，计算骨架层、聚合物层以及抗压铠装层的刚度数据；结合骨架层、聚合物层以及抗压铠装层的刚度数据，利用刚度等效原则，合并为一层正交各向异性结构层。
[0014]在本申请实施例中，在进行简化数值计算模型的建立过程中，根据分析需要地进行简化，本实施例提供一种简化方式，将非粘接柔性管的内三层，即将骨架层、聚合物层以及抗压铠装层利用刚度等效原则合并为一层正交各向异性的结构层。一方面，由于疲劳特
性分析主要关注的是柔性管抗拉铠装层应力情况，而采用刚度等效可以确保应力特性能够正确的传递下来，不影响疲劳特性分析结果的准确性，另一方面，由于将三层进行了合理的简化，有效避免了直接对各层进行数值分析可能引起的层与层之间接触的非线性导致的计算收敛性问题，能够更加有效的计算出疲劳寿命，避免过多遇到非线性接触耗费大量时间进行计算收敛的调试，同时也缩减了计算的工作量，节约了分析的时间和资源，提高了分析的效率和分析的准确性，可方便用于海洋柔性管截面力学性能分析和疲劳寿命评估,具有很好的工程应用价值。当然，可以理解，对于不同的分析目的和分析情况，在进行刚度等效的时候可以按需进行多层结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海洋非粘接柔性管疲劳特性分析方法，其特征在于，包括：获取环境载荷数据，形成疲劳特性分析的初始载荷工况；确定柔性管线型，建立耦合时域水动力分析模型，并根据所述耦合时域水动力分析模型开展柔性管整体静力分布计算，形成张力及曲率分布数据，并确定潜在疲劳失效点；利用所述初始载荷工况对柔性管进行整体动力特性分析，获取柔性管上确定的潜在疲劳失效点的张力时程和曲率时程数据，并对潜在疲劳点的张力时程和曲率时程数据进行统计分析，确定疲劳失效点；根据所述初始载荷工况，利用刚度等效原则对所述非粘接柔性管的内结构层按需进行简化分析，形成柔性管内结构层简化数值计算模型；根据所述柔性管内结构层简化数值计算模型结合外结构层建立非粘接柔性管截面分析模型，结合疲劳失效点处张力和曲率时程曲线数据，形成抗拉铠装层螺旋钢带应力时程曲线数据；对抗拉铠装层螺旋钢带应力时程曲线数据进行分析，获取非粘接柔性管的疲劳寿命。2.根据权利要求1所述的海洋非粘接柔性管疲劳特性分析方法，其特征在于，所述对潜在疲劳点的张力时程和曲率时程数据进行统计分析，确定疲劳失效点，包括：根据潜在疲劳失效点的张力时程和曲率时程数据，获取张力均值数据和张力幅值数据以及曲率均值数据和曲率幅值数据；根据所述张力均值数据及曲率均值数据和所述张力幅值数据及曲率幅值数据，确定疲劳失效点。3.根据权利要求2所述的海洋非粘接柔性管疲劳特性分析方法，其特征在于，所述根据所述张力均值数据及曲率均值数据和所述张力幅值数据及曲率幅值数据，确定疲劳失效点，包括：获取所有载荷工况下计算所得的潜在疲劳失效点的张力时程和曲率时程数据，并计算每个载荷工况下潜在疲劳失效点张力时程和曲率时程的平均值以及标准差；对比所有张力时程和曲率时程的平均值以及所有张力时程和曲率时程标准差，将张力时程和曲率时程的平均值最大值所对应的潜在疲劳失效点和张力时程和曲率时程的标准差最大值所对应的潜在疲劳失效点确定为疲劳失效点。4.根据权利要求1所述的海洋非粘接柔性管疲劳特性分析方法，其特征在于，所述根据所述初始载荷工况，利用刚度等效原则对所述非粘接柔性管内结构层按需进行简化分析，形成简化数值计算模型，包括：根据初始载荷工况，计算骨架层、聚合物层以及抗压铠装层的刚度数据；结合所述骨架层、所述聚合物层以及所述抗压铠装层的刚度数据，利用刚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞国良，陈超核，黄小华，杨跃富，李平，
申请(专利权)人：中国水产科学研究院南海水产研究所，
类型：发明
国别省市：