深海管线球阀屈曲稳定性分析及抗弯性能研究

摘要

随着不可再生资源的日益减少，海洋资源开发已成为当代能源利用的重要发展方向，海洋管汇的安全运行已是不可忽略的问题。深海阀门作为海洋管汇的控制元件，其稳定性与可靠性是保障水下生产系统安全经济运行的必要条件。由于目前关于深海阀门的研究较少，加之海洋环境的复杂性，使得深海阀门的设计研究及测试试验具有一定的困难性。
　　本文针对深海阀研究设计难点问题，如材料选择、壁厚计算、深海环境中阀门稳定性、强度以及各种外在载荷下阀门密封性、抗弯性能等，将用于水下管汇主要产品的深海管线球阀作为典型研究对象进行以下分析研究：
　　（1）考虑材料的抗拉强度、屈服强度、抗腐蚀性及介质性能、海水环境、设计温度、设计压力等可靠性的要求对深海球阀各构件材料进行研究。依据水下生产系统设计要求，对深海管线球阀进行壁厚的研究计算和强度校核，确保深海球阀在分析设计过程中的有效性。
　　（2）基于稳定性理论，运用ABAQUS有限元数值模拟软件对深海球阀启闭状态屈曲稳定性进行非线性分析，同时对深海球阀阀体屈曲影响因素，如阀体上孔洞、壁厚、有无内压等进行研究分析。
　　（3）基于高等材料力学理论及稳定性理论，对深海球阀承受弯曲载荷下的密封性能和可承受的最大弯曲载荷进行理论分析研究，建立深海球阀抗弯几何模型，利用ABAQUS软件研究分析关闭状态深海球阀在承受外在载荷的抗弯性能、强度和稳定性，提出确定深海球阀可承受最大弯曲载荷的理论方法。
　　通过以上研究为其他深海类阀门材料的选择、壁厚的确定、强度、稳定性及抗弯性能的研究分析提供参考依据。

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第1章 绪 论

1.1研究背景及研究意义

1.2深海阀简介

1.3深海阀研究现状与存在问题

1.4稳定性研究现状

1.5极限弯矩研究现状

1.6本文研究主要内容

1.7本章小结

第2章 深海管线球阀设计计算研究

2.1深海阀材料选择研究

2.2深海管线球阀壁厚确定

2.3水压试验阀体有限元分析

2.4 正常工作阀体有限元分析

2.5阀门应力评定

2.6本章小结

第3章 深海管线球阀屈曲稳定性分析

3.1 稳定性理论

3.2 有限元屈曲理论

3.3关闭状态阀体屈曲数值模拟研究

3.4开启状态阀体屈曲数值模拟研究

3.5阀体屈曲影响因素分析研究

3.6本章总结

第4章 深海管线球阀可承受最大弯曲载荷研究

4.1 深海管线球阀承受弯曲载荷时密封性能理论分析研究

4.2深海管线球阀可承受最大弯曲载荷理论计算研究

4.3深海管线球阀承受弯曲载荷阀体强度数值模拟研究

4.4 深海管线球阀承受弯曲载荷阀体稳定性分析研究

4.5本章小结

总结与展望

1. 主要内容总结

2. 研究展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文