復(fù)合材料懸鏈線立管的數(shù)值模擬和優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展離不開(kāi)能源，石油作為一種不可再生的基礎(chǔ)能源已經(jīng)和我們的衣食住行密不可分。地球上海洋石油資源量占全球石油資源總量的34％，隨著陸地和近海區(qū)域石油天然氣資源的急速減少，油氣資源的開(kāi)采不得不向深海區(qū)域發(fā)展，這給原有的開(kāi)采設(shè)施帶來(lái)了很多技術(shù)難題。其中最為嚴(yán)重的問(wèn)題之一就是：傳統(tǒng)的鋼制立管由于鋼材的密度較大，制作成深水立管會(huì)導(dǎo)致立管的自重過(guò)大，經(jīng)濟(jì)成本會(huì)急劇增加，而且鋼材在海水中的耐腐蝕性差，造成立管壽命較短。所以，想要開(kāi)采深海油氣

2、資源，必須找到一種合適的材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼材。
　　復(fù)合材料具有密度小、比強(qiáng)度高、比剛度高、耐腐蝕，熱導(dǎo)率低以及抗疲勞能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此用復(fù)合材料立管代替鋼立管進(jìn)行深海油氣資源的開(kāi)發(fā)無(wú)疑是一個(gè)很好的選擇。雖然復(fù)合材料已經(jīng)不是一種新的材料，但是其設(shè)計(jì)遠(yuǎn)不及使用金屬材料成熟，同時(shí)復(fù)合材料各向異性的特點(diǎn)增加了立管設(shè)計(jì)的難度，所以有必要對(duì)深海復(fù)合材料立管結(jié)構(gòu)性能及其優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究。
　　本文以復(fù)合材料力學(xué)基本理論為基礎(chǔ)，在ANS

3、YS中對(duì)復(fù)合材料懸鏈線立管進(jìn)行數(shù)值模擬，得到復(fù)合材料立管的力學(xué)特性。然后對(duì)復(fù)合材料立管的強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究，找到立管各個(gè)危險(xiǎn)截面和設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié)。最后通過(guò)MATLAB和ANSYS聯(lián)合仿真優(yōu)化技術(shù)，利用改進(jìn)的PSO算法對(duì)復(fù)合材料海洋立管的鋪層方式和應(yīng)力接頭進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。改進(jìn)的PSO算法克服了傳統(tǒng)PSO算法易陷入局部極值的缺點(diǎn)。優(yōu)化后不僅增強(qiáng)了復(fù)合材料立管屈曲極限還降低了立管整體重量，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本。本文分析得到的結(jié)論為實(shí)際生產(chǎn)提供一定