深水海管提管架的结构设计及有限元分析.pptx

深水海管提管架的结构设计及有限元分析汇报人：2024-01-25

引言深水海管提管架结构设计有限元分析理论与方法深水海管提管架结构有限元分析结果讨论与优化建议结论与展望

01引言

研究背景和意义随着我国海洋石油、天然气等资源的不断开发，深水海洋管道作为重要的运输手段，其安全性和稳定性越来越受到关注。深水海管提管架作为支撑海洋管道的关键设备，其结构设计及性能分析对于保障管道安全运行具有重要意义。本研究旨在通过有限元分析方法，对深水海管提管架的结构设计进行优化，提高其承载能力和稳定性，为海洋管道的安全运输提供保障。

国内研究现状：我国在深水海管提管架设计方面起步较晚，但近年来随着海洋工程技术的不断发展，相关研究逐渐增多。目前，国内学者主要关注于提管架的结构形式、材料选择、制造工艺等方面的研究，并取得了一定的成果。国外研究现状：国外在深水海管提管架设计方面具有较高的研究水平，特别是在结构优化、有限元分析等方面取得了显著进展。例如，美国、挪威等国家的学者通过先进的有限元分析软件对提管架进行详细的性能评估，为其设计提供了有力支持。发展趋势：随着计算机技术的不断进步和有限元分析方法的不断完善，未来深水海管提管架的结构设计将更加注重精细化、智能化和高效化。同时，随着新材料、新工艺的不断涌现，提管架的设计将具有更高的灵活性和创新性。此外，深海环境的复杂性和不确定性也将对提管架的设计提出更高的要求，需要进一步加强相关研究工作。国内外研究现状及发展趋势

02深水海管提管架结构设计

设计原则与规范确保提管架在各种海洋环境条件下的稳定性和安全性，防止结构失效或破坏。在满足安全性的前提下，优化结构设计，降低建造成本和维护费用。考虑海洋环境的复杂性和多变性，设计应具有一定的适应性和可调性。遵循国际和国内相关海洋工程结构设计规范和标准。安全性原则经济性原则适应性原则规范性原则

根据提管架的功能和受力特点，选择合适的结构形式，如桁架式、框架式或混合式等。结构形式合理规划提管架的平面和立面布局，确保结构的整体稳定性和受力合理性。同时考虑施工和安装的便捷性。布局设计结构形式与布局

123针对提管架的连接节点进行详细设计，选择合适的连接方式和节点构造，确保节点的强度和刚度满足要求。连接节点设计设计合理的支撑系统，包括支撑结构的形式、布局和刚度等，以确保提管架在海洋环境中的稳定性和安全性。支撑系统设计针对海洋环境的腐蚀性，采取相应的防腐和防护措施，如涂层保护、阴极保护等，以延长提管架的使用寿命。防腐与防护措施关键部位设计

03有限元分析理论与方法

将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互连接在一起的单元的组合体。离散化选择位移模式单元力学特性分析假设的位移模式必须能反映单元的常量应变和刚性位移，对于线性问题，位移模式取为多项式形式。利用几何方程、物理方程和虚功原理，建立单元节点力和节点位移之间的关系式，即单元刚度矩阵。030201有限元法基本原理

ANSYS美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件。ABAQUS一套功能强大的工程模拟软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。MSC.Nastran因为和NASA的特殊关系，所以是最早实现的商用化软件，很多软件都抄袭了它的界面风格。常用有限元软件介绍

定义求解模型，包括定义模型的几何形状、材料属性、边界条件、载荷等。前处理将单元总装形成离散域的总矩阵方程（联合方程组），反映对近似求解域的离散域的要求，即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。总装求解对计算输出的结果进行处理，得到位移、应力、应变等云图或曲线图，以便进行结果分析和评估。后处理有限元模型建立及求解过程

04深水海管提管架结构有限元分析

03稳定性评估通过分析提管架在静力作用下的稳定性，判断其是否会发生失稳现象。01结构刚度分析通过有限元方法计算提管架在静力作用下的变形和应力分布，评估其刚度是否满足设计要求。02强度校核根据材料的许用应力和计算得到的应力分布，对提管架进行强度校核，确保其能够承受工作载荷。静态分析

模态分析利用有限元方法计算提管架的固有频率和振型，了解其动态特性。响应分析分析提管架在动态载荷（如波浪、风等）作用下的响应，包括位移、速度和加速度等。疲劳分析根据提管架的动态响应和材料的疲劳特性，预测其疲劳寿命和疲劳破坏的位置。动态分析030201

屈曲分析通过有限元方法计算提管架的屈曲载荷和屈曲模态，评估其在压缩载荷作用下的稳定性。振动稳定性分析分析提管架在振动载荷作用下的稳定性，判断其是否会发生共振现象。稳定性优化针对提管架的稳定性问题，提出优化措施，如改变结构形式、增加支撑等，以提高其稳定性。稳定性分析

05结果讨论与优化建议

经过有限元