深海复合材料管线后屈曲行为及非线性动力特性研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
50909059
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
18.0万
负责人：
李志敏
依托单位：
上海交通大学
学科分类：
E1101.海岸工程与海洋工程
结题年份：
2012
批准年份：
2009
项目状态：
已结题
起止时间：
2010-01-01 至2012-12-31

项目参与者：
杨德庆；侯西安；潘锋；孟瑾；曾鹏；
关键词：
复合材料管线非线性动力特性后屈曲高阶剪切变形理论

项目摘要

海洋油气管线是油气开发系统中重要构件。深海作业中，传统钢管线由于自身重量大，在深海复杂内外载荷作用下经常发生振动和屈曲，造成管线损伤破坏。复合材料管具有高比强度、重量轻等优点, 在海洋石油工业未来应用中具有很强竞争力。国内外复合材料管线动力学分析和设计理论尚处于探索阶段。.本项目基于复合材料高阶剪切变形理论，研究深海复合材料管线(包括立管和海管)的后屈曲和非线性振动特性。首先，基于高阶剪切变形理论和Kármán型大挠度应力应变关系，建立复合材料管线后屈曲和非线性振动的宏-细观力学模型；然后，使用解析法和数值解法相结合的方法，研究复合材料管线的后屈曲和非线性振动特性，分析环境载荷、材料和几何参数等因素对管线后屈曲行为和非线性振动特性的影响；最后，在结构参数优化分析基础上，选择合理的几何、材料及设计参数，并进行实验验证，为复合材料管线稳定性设计以及动力响应控制提供基础理论支撑。

结项摘要

海洋油气管线是油气开发系统中重要构件。深海作业中，传统钢管线由于自身重量大，在深海复杂内外载荷作用下经常发生振动和屈曲，造成管线损伤破坏。复合材料管具有高比强度、重量轻等优点, 在海洋石油工业未来应用中具有很强竞争力。国内外复合材料管线动力学分析和设计理论尚处于探索阶段。. 本项目基于复合材料高阶剪切变形理论，研究深海复合材料管线(包括立管和海管)的后屈曲和非线性振动特性。首先，基于高阶剪切变形理论和Kármán型大挠度应力应变关系，建立复合材料管线后屈曲和非线性振动的宏-细观力学模型；然后，使用解析法和数值解法相结合的方法，系统地研究了边界层效应、横向剪切效应、环境热效应和壳体结构参数等因素对纤维增强和编织复合材料结构非线性屈曲行为的影响，取得了新的认识和结果。分析环境载荷、材料和几何参数等因素对管线后屈曲行为和非线性振动特性的影响；最后，在结构参数优化分析基础上，选择合理的几何、材料及设计参数，并进行实验验证力学模型的正确性和可靠性，同时，给出柔性梁柱结构的屈曲和后屈曲大挠度精确解，为复合材料管线稳定性设计以及动力响应控制提供基础理论支撑。