中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

[学位论文] 王猛天津大学 2004年硕士导师: 余建星共651页

摘要 : 海底管道是海洋油田生产系统中的一个重要组成部分。通过海底管道把海洋油田的整个油气集输、贮运系统联系起来，也使海洋油田与整个石油工业系统联系起来。随着我国海洋油田进一步开发，海底管道需要量会大大增加。海底管道设计是海底管道工程中的重... 展开海底管道是海洋油田生产系统中的一个重要组成部分。通过海底管道把海洋油田的整个油气集输、贮运系统联系起来，也使海洋油田与整个石油工业系统联系起来。随着我国海洋油田进一步开发，海底管道需要量会大大增加。海底管道设计是海底管道工程中的重要组成部分，没有良好的设计作为基础，会严重影响工程质量，施工建造和运营将变得毫无根据。自1985年以来，我国不断学习国外的先进技术，逐渐掌握了海底管道设计技术，设计水平不断提高，但相对于国外先进水平仍有很大差距，主要体现在没有将已经成熟的理论和先进的设计工具应用于实际工程之中。目前国内外海底管道设计使用的设计工具为根据设计标准编制的EXCEL计算表单和有限元分析软件。国外有限元分析应用于设计过程中的广度和深度都优于国内。国内使用的有限元程序为SUSPEND、OFFPIPE和AUTOPIPE等。部分有限元程序编制时间较早，采用通用的输入方法，没有考虑模型自身特点，因此分析结果误差较大。本文的主题是致力于将有限元分析理论和有限元分析软件应用于海底管道设计的应用研究。论文中以实际工程为例，进行了这方面的研究。首先以海底管道的立管吊装为研究对象，基于有限元理论，首次使用ANSYS建立了立管吊装有限元分析模型。ANSYS软件是通用的有限元程序，可以通过建模、求解和后处理三个过程对海底管道进行规范化的设计。比较ANSYS的后处理结果和SUSPEND的计算结果，立管吊装的最大应力点相同，ANSYS计算结果更为精确。其次，对海底管道中经常出现交叉管道进行了分析。由于新建管道需要在三条已建管道上铺设，能否确保新旧管道的安全，是很重要的问题。因此本文使用ANSYS建立了交叉管道有限元分析模型，进行了有限元分析。分析表明，通过调整水泥垫块的厚度，减小管道弯曲程度，能保证新建管道应力控制在许用应力范围内。此外，对使用铺管船法的铺设管道模型中的边界条件进行了重点研究，提出了将管道理想化为受分布载荷连续梁，并使用弹簧单元模拟管道铺设模型中的边界条件的方法。收起

关键词 : 有限元海底管道管道设计立管吊装交叉管道管道铺设海洋油田

2. 海洋油气采输管状结构损伤演化机理及完整性评估

[学位论文] 王华昆天津大学 2020年博士导师: 余建星共232页

摘要 : 海洋油气采输结构需满足15~30年的长期服役条件，因此结构损伤演化机理及安全评估技术研究势在必行，以指导结构设计及维护策略制定。本文以海洋油气采输系统基本组成单元之一的管状结构为研究对象，结合试验、理论分析及数值仿真，对外部腐蚀、内部高... 展开海洋油气采输结构需满足15~30年的长期服役条件，因此结构损伤演化机理及安全评估技术研究势在必行，以指导结构设计及维护策略制定。本文以海洋油气采输系统基本组成单元之一的管状结构为研究对象，结合试验、理论分析及数值仿真，对外部腐蚀、内部高压冲蚀下的损伤机理、演化规律以及老化管状结构的轴压、外压屈曲承载力进行研究。主要研究内容如下：为了明确干湿交替腐蚀和全浸腐蚀损伤机理和演化规律差异，通过对比试验确定了APIX65管道钢的腐蚀特性。考虑到失重法过度低估局部腐蚀损伤，且无法考虑腐蚀随机性这一问题，采用3D激光检测和概率统计分析方法得到了腐蚀概率损伤演化模型，并通过区域最大值法得到了点蚀损伤极值分布。通过宏观、扫描电子显微镜(SEM)检测，确定腐蚀产物结构特征，采用XRD对腐蚀产物成分进行分析，明确了两种腐蚀条件下锈层结构及腐蚀形貌的差异，确定了腐蚀机理，揭示了干湿交替腐蚀损伤远高于全浸腐蚀损伤的原因。考虑到现有规范尚无评价含随机点蚀损伤的老化壳体结构剩余强度评估方法，基于试验确定了随机点蚀损伤特性和损伤参数分布类型；提出了随机点蚀数值重构方法，并将自定义Python程序嵌入ABAQUS，建立了含随机点蚀轴压圆柱壳、外压二维圆环及三维管道屈曲仿真模型。根据试验和数值分析确定了含随机点蚀损伤厚壁圆柱壳在轴压和外部水压作用下的屈曲机理和规律，确定了影响屈曲承载力的敏感因素及缺陷之间的干涉机制。揭示了轴压下点蚀损伤与象足屈曲模态之间的耦合规律，发现了盲孔型点蚀与穿孔型点蚀影响极限承载力及压溃模态的主要原因。揭示了点蚀激发二维圆环高阶屈曲模态的机理，确定了关联屈曲承载力与点蚀损伤的关键参数，通过对比含随机点蚀缺陷二维圆环和三维管道屈曲结果，揭示了上述两个模型外压屈曲参数敏感性差异及原因。最后针对受力结构冲蚀问题，设计了新型应力-冲蚀试验装置，首次建立了应力-冲蚀力学模型，并提出了通用的多物理场耦合应力-冲蚀数值分析方法，弥补了现有冲蚀模、仿真方法无法考虑结构应力对冲蚀损伤促进作用的不足，揭示了应力和颗粒运动在冲蚀上的非线性叠加效应。随后将自定义应力-冲蚀模型、颗粒随机反弹模型嵌入COMSOLMultiphysics，采用顺序耦合方法考虑了流固耦合效应，并成功应用于高压90°弯管应力-冲蚀预测，提出了高压油气管应力-冲蚀损伤演化仿真方法，并对运营压力、流速、颗粒粒径等参数进行参数敏感性分析，确定了各参数对冲蚀损伤的影响规律。收起

关键词 : 海洋油气采输结构圆柱壳管道损伤干湿交替腐蚀高压冲蚀

3. 攀达穹顶结构体系的理论分析与工程实践研究

[学位论文] 王小盾天津大学 2003年博士导师: 余建星共209页

摘要 : 该文在论述空间结构体系和空间网格结构的施工方法的基础上,分析了攀达穹顶的产生背景和可行性,分析了攀达穹顶体系的结构原理和攀达穹顶体系的特点,并研究了攀达穹顶体系对设计工作的特殊要求和攀达穹顶体系的制作安装过程.对攀达穹顶施工阶段的几何... 展开

关键词 : 攀达穹顶铰线环箍效应运动分析完成系理想系

4. 深水柔性立管系统的安全评估和完整性管理研究

[学位论文] 傅一钦天津大学 2020年博士导师: 余建星共202页

摘要 : 深水柔性立管系统的安全评估和完整性管理是复杂的系统工程，是保障海洋油气安全开采的关键，但是在理论研究和工程实践中还存在以下问题：现有评估和管理方法过分依靠专家的经验判断，普遍采用简化的强度衰减模型，未考虑工程实际情况和复杂海洋荷载... 展开深水柔性立管系统的安全评估和完整性管理是复杂的系统工程，是保障海洋油气安全开采的关键，但是在理论研究和工程实践中还存在以下问题：现有评估和管理方法过分依靠专家的经验判断，普遍采用简化的强度衰减模型，未考虑工程实际情况和复杂海洋荷载影响；现有规范仅适用于单层材质的管道评估且保守性较强，多层材料复杂结构的评估主要依靠试验或数值模拟，但是试验成本过高，数值模拟又很难考虑层间接触滑移的非线性问题；现有柔性立管的评估方法仅针对单一失效模式，而考虑多种失效模式的评估方法仅能实现简单结构的评估。本文针对深海立管系统在服役期间的所处环境恶劣、结构复杂、失效模式多且相互影响等问题，开展主要研究内容如下：（1）针对柔性立管所处环境荷载复杂的问题，本文开发海上集成监测系统，将荷载评估纳入完整性管理中，提出基于监测系统的复杂海洋荷载评估方法，首次引入InverseGaussian、Nakagami和Rician等概率分布模型，研究海洋风浪流随机荷载的时空分布特征和概率密度分布情况。研究发现，提出的新评估方法比传统评估方法更加符合海域的实际荷载情况，能够更准确地推算多年一遇的极端海况，为安全评估和完整性管理提供可靠的荷载边界条件。（2）针对柔性立管多层材料复杂结构评估难的问题，本文开展从整体到局部再到细节的完整性管理，探究柔性立管在复杂环境荷载下的整体-局部-细节的累积损伤规律，评估细节腐蚀损伤的柔性立管剩余强度。研究发现，建立的点蚀深度分布成长模型能够较好考虑腐蚀速率的影响，利用椭圆投影面积改进的剩余强度评估方法，克服了规范过于保守的不足，提出的考虑多种非线性的力学性能评估方法创造性地解决了层间接触滑移的非线性问题，能够准确评估整体-局部-细节损伤情况，为将来安全生产和预防性维修提供指导。（3）针对柔性立管失效模式多且相互影响的问题，本文开展从单一失效模式到多种失效模式的完整性管理，研究环境荷载、腐蚀、疲劳及无法量化或尚未监测/检测的故障风险等多种因素对立管系统结构安全的动态影响，建立考虑疲劳-腐蚀耦合的可靠性评估模型，建立基于故障树-贝叶斯网络的风险评估模型，实现了立管系统的动态失效诊断和故障排查。研究发现，该方法将可靠性和风险评估有机融合，创造性地解决了考虑多种失效模式的柔性立管的安全评估问题，克服了可靠性过分依赖数据资料和风险评估过分依赖专家打分的缺点，帮助决策者制定效益最大化的动态维修方案，提高了完整性管理的效率。本研究紧密结合我国深海油气资源开发战略需求，将荷载评估纳入完整性管理，从整体到局部再到细节，从单一失效模式到多种失效模式，实现了立管系统的完整性管理。该研究成果已在我国LIHUA油田的实际开采项目进行检验，发现其不仅能为安全生产、预知性维修和风险防范提供数据支持，还能延长使用寿命，提高经济效益。收起

关键词 : 柔性立管荷载评估疲劳寿命可靠性安全评估完整性管理

5. 海底埋地管道跨断层屈曲行为研究

[学位论文] 李振眠天津大学 2022年博士导师: 余建星共195页

摘要 : 海底管道是海洋油气和矿产资源开发的关键基础设施，但国内铺设起步较晚，其设计、建造和运维亟需技术攻关。针对海底管道的载荷特点和跨断层屈曲行为研究不足问题，论文首先基于向量式有限元（VFIFE）和压力舱试验对海底管道的壳屈曲和后屈曲行为进行... 展开海底管道是海洋油气和矿产资源开发的关键基础设施，但国内铺设起步较晚，其设计、建造和运维亟需技术攻关。针对海底管道的载荷特点和跨断层屈曲行为研究不足问题，论文首先基于向量式有限元（VFIFE）和压力舱试验对海底管道的壳屈曲和后屈曲行为进行深入研究，然后对海底埋地管道的跨断层屈曲失效机理、震后处置和震中止屈方法进行系统研究，为海底管道强度评估和防灾减灾提供了丰富的理论和实践依据。研究工作和成果如下：（1）基于VFIFE壳单元建立了带整体式止屈器海底管道屈曲失效分析模型，实现了海底管道局部压溃、屈曲传播和止屈穿越模拟的全过程统一，全尺寸压力舱试验、同步数值模拟和DNV规范校核表明其对径厚比大于20的海底管道模拟具有较高精度；针对径厚比小于20的海底管道，建立了VFIFE实体单元模型并完成缩尺比压力舱试验和同步数值模拟验证，基于计算结果拟合得到了高精度的海底厚壁管道压溃压力计算公式。（2）进一步开发了壳体环向土体作用力模型和海底管道自接触碰撞处理算法，建立了海底埋地管道跨断层屈曲失效分析模型并开展跨断层屈曲行为仿真模拟，发现了“8”型截面压溃、“U”型截面压溃、多位置局部压溃、单向屈曲传播、正交屈曲传播、弯管屈曲穿越和弯管止屈等管道屈曲失效新模式，分析了断层参数、土体性质、压力水平和径厚比等关键因素对临界断层位移和破坏模式的影响。（3）开展了“先断层后压力”和“先压力后断层再压力”两种加载路径下海底埋地管道力学行为仿真分析，明确了不同加载路径和载荷历史对海底埋地管道非线性变形响应的影响，对地震断层破坏后管道剩余强度、薄弱环节及破坏类型进行分析，量化评估了空载状态管道震后复产的可行性和运行状态管道震后检修的安全性。（4）针对海底埋地管道跨断层正交屈曲传播行为提出单止屈器和双止屈器设计方法，开展了带整体式止屈器海底埋地管道的震中止屈性能研究，梳理了不同止屈器径厚比、长度和布置间距下管道局部压溃、屈曲传播、屈曲穿越和止屈模式的差异，从止屈效果、材料用量和制造难度等方面比较分析了两种止屈器方案的优缺点并明确其适用情况。收起

关键词 : 海底管道屈曲失效地震断层向量式有限元数值模拟

6. 基于多体动力学的深水张力腿平台柔性构件局部失效研究

[学位论文] 郝帅天津大学 2020年博士导师: 余建星共189页

摘要 : 在深水油气开发中，张力腿平台（TLP）是一种主要的海洋结构形式。一座完整的张力腿平台通常包括三部分：平台本体或上部浮体（Hull），是漂浮于海面之上的平台主体结构；张力筋腱（Tendon），作为构成张力腿的主要构件，将平台本体向下拉紧至位于海底... 展开在深水油气开发中，张力腿平台（TLP）是一种主要的海洋结构形式。一座完整的张力腿平台通常包括三部分：平台本体或上部浮体（Hull），是漂浮于海面之上的平台主体结构；张力筋腱（Tendon），作为构成张力腿的主要构件，将平台本体向下拉紧至位于海底的水下井口，通常情况下，每根张力腿包含2至3根张力筋腱；立管，主要应用于张力腿平台的具体立管形式为顶部张紧式立管（TTR），用于钻井、油气的生产及其他介质的传输。此外，为了维持TTR立管的顶部张力，每一根立管都由一套张紧器（Tensioner）系统连接至平台上部浮体。近年来，张力腿平台筋腱、立管等柔性构件的局部失效响应问题逐渐成为了国际海洋工程领域的热点问题，而我国目前尚无自主建造且在位运行的张力腿平台，开展上述问题的深入研究将对我国大力发展深海装备设计制造具有重大意义。首先，本文针对张力腿平台的局部系泊失效问题，基于三维势流理论及面元方法提出了张力筋腱失效数学模型，并给出了系泊失效模拟方法。以一座张力腿平台为研究对象，通过与其常规水动力分析结果进行对比，验证了所提出模型、方法及计算过程的正确性。而后，预报其发生张力筋腱一次性失效及渐进性失效前后的耦合水动力响应。考虑了不同方向的环境载荷以及不同的筋腱失效位置。分析结果给出了上部浮体的运动响应、剩余张力筋腱及顶部张紧式立管的受力变化情况。研究结果表明：局部系泊失效后，较完整系泊状态下，平台的运动及结构响应会明显变化，且时间历程可先后划分为瞬态阶段和稳态阶段，不同环境载荷条件下，两个阶段的响应变化幅度有所不同。在极端海况下，张力腿平台某一处关键位置的局部系泊失效将可能衍变为整体系泊失效。然后，就浮体与立管间的张紧器强耦合动力响应问题，本文基于多体动力学提出了一套TLP平台浮体-TTR立管张紧器耦合动力模型，并给出了对应的数值模型构建方法。还对一种4油缸液压气动式张紧器（HPT）进行建模，并通过测试其垂向及侧向回复力进行了验证。另外，将详细的TTR立管堆叠模型应用于立管整体性能分析中，还提出了一种基于中央立管计算分析的立管阵列简化模型。通过该耦合动力模型在规则波及不规则波中的水动力计算，得出了不同的张紧器动力响应时间历程。研究表明，该类型多油缸张紧器在波浪等周期性载荷作用下不仅存在垂向动力响应，还会产生侧向动力响应。并且，不同位置油缸具有不同的响应时历。而不同参数的波浪激励下，浮体与立管之间的耦合运动表现也不同。最后，围绕立管张紧器的局部失效响应问题，本文以建立的浮体-立管张紧器多体耦合动力模型为基础，提出张紧器局部失效数学模型及模拟方法。通过控制失效油缸的液压张力成分，对张紧器失效前后的响应时间历程进行模拟。在数值模型构建时考虑了健康立管与失效立管的共存问题，计算时还考虑了多种环境载荷条件的影响。分析结果给出了失效张紧器不同油缸的响应行为、平台和立管的整体形态变化。所得主要结论有：液压气动式张紧器局部失效过程可先后划分为健康阶段、瞬态阶段及稳态阶段。当油缸失效意外发生时，张力及冲程响应仍远离其设计极限，不会诱发后续的渐进性失效问题。提升液压气动式张紧器系统的可靠性以避免初始意外失效的发生是减少因张紧器局部失效而造成损失的关键。收起

关键词 : 深水油气开发张力腿平台顶部张紧式立管筋腱失效张紧器失效

7. 海底管线用高熵合金防护层微观组织演化及腐蚀机理研究

[学位论文] 王彩妹天津大学 2020年博士导师: 余建星共179页

摘要 : 高熵合金是一种包含多种主要合金元素的新型材料，催生了一个广阔的合金设计体系。过渡族高熵合金系具有简单固溶体结构，并且含有抗腐蚀合金主元，因此被认为是具有广阔的耐腐蚀应用前景。目前高熵合金大量作为块体结构材料开展研究，高含量的昂贵合... 展开高熵合金是一种包含多种主要合金元素的新型材料，催生了一个广阔的合金设计体系。过渡族高熵合金系具有简单固溶体结构，并且含有抗腐蚀合金主元，因此被认为是具有广阔的耐腐蚀应用前景。目前高熵合金大量作为块体结构材料开展研究，高含量的昂贵合金元素限制其进一步推广应用。将高熵合金制备成涂层既可以有效控制制造成本，又可以实现提高结构服役性能。本文针对海底管线用结构材料，设计制备高熵合金熔覆层，揭示加工参数、微观组织与使用性能的联系。文中针对高熵合金熔覆涂层的宏、微观偏析基础问题及抗腐蚀性能评价开展研究，具体如下：（1）基于多元热动力学相图计算技术，将合金半固态温度区间与经典流体力学理论相结合，揭示CrMnFeCoNi高熵合金熔覆涂层的宏观偏析产生机理。在熔覆过程中，熔池边界会出现一层滞流层。当熔池受到扰动时，母材液相滞流层一旦向熔池处流动，将急冷致其凝固，形成宏观偏析。与激光熔覆技术相比，电弧熔覆法制备的CrMnFeCoNi高熵合金熔覆层会形成明显的宏观偏析区。在此基础上，借助电偶腐蚀、缝隙腐蚀理论揭示了宏观偏析对熔覆层腐蚀性的影响。（2）基于Scheil-Gulliver凝固模型，针对CrMnFeCoNi高熵合金熔覆的微观偏析开展研究，揭示了非平衡凝固模式与凝固裂纹敏感性的联系。微观偏析会对熔覆层的凝固模式产生影响。对于完全FCC凝固模式的样品，虽然此类样品具有较宽的半凝固温度差，但因其局部位置缺少应力因素而不会形成裂纹。对于BCC-FCC凝固模式的样品，其初始二次相的产生温度高，并且二次相的生成含量也较多，因此也不会形成裂纹。只有FCC-BCC凝固模式的样品，在特定的工艺参数下才会形成凝固裂纹。（3）应用电化学测试方法，探究合金元素对四元（CrFeCoNi）及五元（CrMnFeCoNi）高熵合金熔覆层腐蚀性能的影响。基于Mott-Sckottky和XPS测试技术，建立高熵合金熔覆层钝化膜结构表征方法，确定其半导体性和化学组成。钝化膜的半导体特性及化学组成影响腐蚀抗性。CrFeCoNi熔覆层表面形成的钝化膜具有更高含量的氧化铬和结合水含量，有利于提高钝化膜的稳定性及腐蚀抗性。在盐及酸溶液中，CrFeCoNi熔覆层表现出更优的腐蚀性抗性。在此基础上，进一步探究温度对CrFeCoNi熔覆层腐蚀性的影响。在盐及酸溶液中，温度升高均导致涂层腐蚀抗性降低。收起

关键词 : 高熵合金海底管线元素偏析凝固裂纹电化学抗腐蚀涂层

8. 天津市公路现代化发展的评价研究

[学位论文] 李立天津大学 2006年博士导师: 余建星共169页

摘要 : 交通现代化是社会经济现代化的基础设施保障，实现社会经济现代化首先要使交通现代化提前一个阶段实现。公路是交通大系统中一个重要的子系统，研究交通现代化要从研究公路现代化开始。研究公路现代化的发展，首先要对公路现状和需求进行科学的调查与... 展开交通现代化是社会经济现代化的基础设施保障，实现社会经济现代化首先要使交通现代化提前一个阶段实现。公路是交通大系统中一个重要的子系统，研究交通现代化要从研究公路现代化开始。研究公路现代化的发展，首先要对公路现状和需求进行科学的调查与评价，这是公路规划和建设的基础工作。科学、准确的评价才能够使公路规划和建设满足社会经济的需求并适度超前。为了保障社会经济大系统现代化的顺利实现，有必要立足社会大系统的现代化进程，对公路现代化的发展程度进行科学、系统、完整地评价，从而有效地把握公路现代化的发展进程，为制定公路发展规划提供科学有力的依据。因此，建立一套立足于社会大系统现代化的，系统的、科学的、完整的公路现代化评价指标体系；选择严格、合理的评价方法成为公路现代化发展的迫切要求。本文首先将系统论与现代化理论结合起来，依照系统论的观点将现代化理论从不同角度逐层分解分析，建立系统、科学、完善的天津市公路现代化研究的理论体系框架。利用大量详实的数据对天津市公路网的现状做出准确的描述，分析天津市目前公路网的发展是否能够满足社会经济的发展且有一定的超前性；纠正了长期以来，由于许多人为因素以及根据零散的数据推断出的公路网现状；根据天津市公路现代化研究的理论体系框架，运用系统论的观点和方法搭建天津市公路现代化评价指标体系的结构，选取体系中的各级指标，得到天津公路现代化评价指标体系的基本模型。运用灰色预测法、弹性系数法、回归分析法、指数平滑法等科学方法进行数据对比分析，确定天津社会经济现代化对公路现代化的需求。利用类比法、Logit模型等确定公路现代化评价指标体系中各基层指标的测度模型并得到相应年度的数值及标准值，将其代入天津公路现代化评价指标体系的基本模型，得到完整的天津市公路现代化评价指标体系。利用数据包络技术方法建立天津市公路现代化规模有效性评价模型，利用神经网络技术方法建立天津市公路现代化技术有效性评价模型，利用层次分析法建立天津市公路现代化综合评价模型。据此对天津市公路现代化的发展进程水平进行全面分析评价，为社会经济现代化和交通现代化提供参考。收起

关键词 : 现代交通道路建设公路网络路网评价

9. 压力载荷、变温和强迫振动作用下扁壳结构的突变和混沌运动的研究

[学位论文] 张国清天津大学 2004年博士导师: 余建星共169页

摘要 : 本文尝试利用非线性理论中的分岔、突变和混沌理论对一类扁壳结构进行非线性分析。在静载荷和变温共同作用的情况下，对扁壳结构进行了突变分析，并对Koiter过屈曲一般理论应用初等突变理论进行了研究。对在扰动载荷，静预加载和变温共同作用下的一类... 展开本文尝试利用非线性理论中的分岔、突变和混沌理论对一类扁壳结构进行非线性分析。在静载荷和变温共同作用的情况下，对扁壳结构进行了突变分析，并对Koiter过屈曲一般理论应用初等突变理论进行了研究。对在扰动载荷，静预加载和变温共同作用下的一类扁壳结构在理论上进行了混沌研究，并对若干种不同情况的实际例题进行了数值分析并研究了这些结构单元的动力学性质，给出了周期运动和混沌运动的时程曲线，相平面轨迹和Poincare映射。现将这些工作简述如下: 1.在本文第二章中，针对板壳结构屈曲临界载荷与实验结果存在较大差异这一历史话题，利用非线性理论中的初等突变理论及分岔概念研究了弹性结构过屈曲形态的Koiter一般理论的非线性性质，建立了该理论所具有的非线性动力系统。用突变形态解释结构后屈曲状态的非线性跳跃现象。本文提出，正是由于初始缺陷的存在使得那些对初始缺陷敏感的壳体的非线性动力系统的平衡态发生了全局性的改变，即由拆叠突变变成了类尖点突变，从而导至了另外一种平衡态。 2.在本文第三章中，研究了静载荷和变温作用下一类扁壳结构的后屈曲问题。在Donnel—Kàrmán非线性方程组的基础上推导了新的方程组，并对这个方程组进行了求解，求得了相应的应力函数和非线性动力系统。利用本文的结果可以直接对扁壳结构的超临界变形问题进行了定量计算，从而确定结构在后屈曲阶段的应力状态。在此基础上，本文对双曲扁壳，闭合圆柱壳进行了突变分析，同时考虑了侧压和初始缺陷的影响。双曲扁壳的结果可以推广到矩形板，开口圆柱壳和方底扁球壳等情况。 3.在固体力学领域内对混沌问题的研究大都局限于屈曲梁，并且大都归结为典型的Duffing方程。对于板壳问题中是否存在混沌运动则极少有人曾涉及，本文第四章以一类扁壳结构为对象进行了混沌运动方面的研究。在第三章的基础上，我们建立了这些壳体的非线性动力系统，对双曲扁壳、矩形板、开口圆柱壳和圆底扁球壳进行了理论分析。在分析中考虑了静力预加载，变温、初始缺陷和扰动载荷，并给出了新的非线性动力方程。本文第五章阐述了对于矩形板、开口圆柱壳、圆底扁球壳的混沌运动所进行的数值分析结果和非线性动力学性质。对于矩形板，我们研究考虑了初始预加载、变温和初始缺陷的混沌运动，数值分析结果给出了不同加载情况下矩形板在强迫振动状态下的混沌分岔图。周期运动以及混沌运动的时程曲线，相平面轨迹和Poincare截面。在混沌分岔图上发现了混沌状态与周期运动交替出现的情况以及混沌平移现象和反倍周期分岔现象。对于开口柱壳，在轴向压力过屈曲状态下考虑横向扰动、变温、静预加载和初始缺陷等情况，对于不同的加载情况给出了壳体在强迫振动下混沌运动的混沌分岔图，以及周期运动和混沌运动状态下相应的时程曲线，相平面轨迹和Poincare映射。关于圆底扁球壳，对于强迫振动情况进行了数值分析，给出了相应的混沌分岔图，时程曲线，相平面轨迹和Poincare截面。收起

关键词 : 扁壳结构突变分析动力学性质载荷作用变温作用

10. 低周循环载荷作用下深海厚壁管道的压溃机理研究

[学位论文] 韩梦雪天津大学 2021年博士导师: 余建星共161页

摘要 : 海底管道作为一种海上油气运输的重要工具，已在国内外海洋工程领域得到了广泛应用。在复杂载荷的联合作用下，海底管道易发生结构压溃失稳，引起重大的经济损失和环境破坏。因此，通过理论分析、数值模拟和模型试验的手段开展海底管道屈曲压溃研究具... 展开海底管道作为一种海上油气运输的重要工具，已在国内外海洋工程领域得到了广泛应用。在复杂载荷的联合作用下，海底管道易发生结构压溃失稳，引起重大的经济损失和环境破坏。因此，通过理论分析、数值模拟和模型试验的手段开展海底管道屈曲压溃研究具有重要的理论价值和工程意义。本文着眼于制管成型、铺设安装、服役运营和维修检查的全寿命周期，重点研究了低周循环载荷下厚壁管道屈曲压溃的力学行为，探究了结构损伤失效机理。主要研究内容如下：（1）针对水压作用下的厚壁管道非线性屈曲行为，开展了全尺寸厚壁管道屈曲压溃的数值模拟和模型试验研究。揭示了厚壁管道压溃行为的几何非线性和约束非线性特性，推导出包辛格效应下材料随动硬化的离散化模型，实现了数值求解过程，并基于压溃试验数据验证了数值模型的准确性；校核了DNV规范的压溃压力计算公式，确定了不同水压条件下的厚壁管道径厚比设计范围。（2）研究了厚壁管道的UOE型制管工艺对管道结构压溃的影响。建立了UOE成型及压溃的一体化三维模拟方法；考虑材料的包辛格效应和约束条件的三维设定，实现了材料子程序的设计开发；开展了模型对比分析，验证了一体化三维模拟方法的可靠性；多角度分析了UOE型管道的成型效果和变形规律；研究了制管工艺对管道抗压性能的影响规律，校核了DNV规范推荐的制造系数，为海底管道极限承载力的评估提供了参考依据。（3）针对低周循环载荷作用下的厚壁管道非线性屈曲行为，探索了循环弯矩-水压和循环扭矩-水压两种载荷组合的作用规律。设计了复杂载荷试验方案，完成了深海压力舱加载系统的升级改造，开展了循环载荷-水压联合作用下的管道压溃试验，填补了管道复杂加载试验技术的空白；基于椭圆度和应力-应变分析，研究了不同载荷组合下危险加载路径的影响规律，揭示了危险加载路径的作用机理；开展了径厚比、初始椭圆度和轴力等因素的敏感性分析，校核了API规范推荐的复杂载荷管道压溃计算公式。本文揭示了低周循环载荷作用下厚壁管道的非线性特征和结构屈曲压溃机理，开展了复杂载荷联合试验、理论分析、数值模拟与规范评估校核工作，为海洋工程厚壁管道的设计制造和力学性能评估提供依据和参考。收起

关键词 : 海上油气运输厚壁管道低周循环载荷屈曲压溃机理