非線性復(fù)合管線的靜態(tài)在位數(shù)值分析研究.pdf

1、柔性管、臍帶纜等海洋柔性管線結(jié)構(gòu)的截面等效拉伸模量和等效彎曲模量不僅具有嚴(yán)重的差異性,而且具有強烈的非線性,因此將這種現(xiàn)象稱之為特殊材料非線性。本文主要研究特殊材料非線性特性對海洋柔性管線的靜力在位形態(tài)的影響。
　　本文將海洋柔性管線的軸向不易延伸特性作為拉格朗日條件引入位能泛函,構(gòu)造二節(jié)點三維空間梁單元14自由度的混合元,選取合適的廣義位移自由度插值函數(shù),構(gòu)造廣義單元應(yīng)變和廣義單元應(yīng)力,確定幾何關(guān)系矩陣和本構(gòu)關(guān)系矩陣。推導(dǎo)出單元

2、增量平衡方程,獲得單元切線剛度矩陣,建立靜態(tài)有限元模型。為了精確扣除單元剛體位移,推導(dǎo)出從單元隨轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到總體坐標(biāo)系的單元節(jié)點位移轉(zhuǎn)換矩陣,并給出隨轉(zhuǎn)載荷、非隨轉(zhuǎn)載荷和單元節(jié)點內(nèi)力的計算方法。依據(jù)上述理論編制Matlab有限元程序,并對連接水面船舶和水下轉(zhuǎn)塔的柔性立管、受到海流作用的垂直立管兩個算例進(jìn)行驗證,計算結(jié)果表明所編程序在計算結(jié)構(gòu)的靜力構(gòu)型方面是可靠的。最后深入研究了等效拉伸模量非線性變化、等效彎曲模量非線性變化以及等效拉伸模量

3、和等效彎曲模量比例關(guān)系對柔性管線這類結(jié)構(gòu)靜力在位形態(tài)的影響,并得出相關(guān)結(jié)論:
　　(1)非線性等效拉伸模量對結(jié)構(gòu)的靜力在位整體形態(tài)影響不顯著,但是對結(jié)構(gòu)的局部形態(tài)有較大的影響;隨著海流流速的增大,其對結(jié)構(gòu)構(gòu)型的影響越來越弱;
　　(2)非線性等效彎曲模量比前者更能影響結(jié)構(gòu)的靜力在位形態(tài),尤其是針對結(jié)構(gòu)局部形態(tài)的影響;隨著海流流速增大,其對結(jié)構(gòu)的靜力在位整體形態(tài)和局部形態(tài)的影響效應(yīng)會擴(kuò)大;
　　(3)隨著等效拉伸模量和等