描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 精装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787030797834丛书名: 计算力学前沿丛书
内容简介
深海油气资源的开发是世界各国海洋能源和资源开发战略“高地”。中国拥有辽阔的海洋面积和丰富的海洋油气资源，海洋强国战略成为国家发展战略之一。海洋脐带缆是深海资源开发系统中的关键装备之一，由于其结构功能的重要性，被形象地称作海洋资源开发系统中的“血管”和“神经线”。《海洋脐带缆结构分析计算与优化设计》围绕海洋脐带缆结构的基本特征和工程应用实际，详细介绍了海洋脐带缆的结构特点，我国在海洋脐带缆研究中的突出贡献，螺旋缠绕结构特点和水动力分析理论，结构力学行为研究和试验测试，以及结构优化算法在海洋脐带缆截面设计、整体线型水动力分析和优化设计中的探索等。
目 录
目录
丛书序
前言
第1章 引言 1
1.1 海洋脐带缆结构介绍 1
1.1.1 海洋动态脐带缆 1
1.1.2 海洋静态海缆 2
1.2 海洋脐带缆产品发展及结构研究现状 2
1.2.1 海洋脐带缆产品发展历程 2
1.2.2 海洋脐带缆结构研究现状 3
1.2.3 我国在海洋脐带缆研究中的贡献 7
参考文献 9
第2章 脐带缆结构力学行为分析 12
2.1 拉伸行为特征分析计算 12
2.2 拉扭行为特征分析计算 14
2.3 弯*行为特征分析计算 18
2.4 轴向压缩行为特征分析计算 20
2.4.1 径向屈* 20
2.4.2 侧向屈* 23
2.5 数值模拟方法.26
2.5.1 脐带缆结构数值模拟 27
2.5.2 试验测试及结果对比分析 33
参考文献 36
第3章 细长螺旋缠绕结构的多尺度分析 38
3.1 一维周期性结构等效分析方法 38
3.1.1 渐进均匀化理论 38
3.1.2 渐进均匀化方法的有限元新格式 41
3.1.3 一维周期性梁结构的渐进均匀化理论 43
3.2 典型螺旋缠绕结构的等效分析 45
3.2.1 螺旋缠绕结构的均匀化等效分析 45
3.2.2 尺寸效应对螺旋缠绕结构的性能影响分析 52
3.2.3 典型悬链线整体行为分析 53
3.2.4 设计参数对螺旋缠绕结构等效刚度的分析 54
3.3 典型螺旋缠绕结构局部应力降尺度分析 59
3.3.1 细观应力场——螺旋缠绕结构一阶细观应力计算方法 59
3.3.2 细观应力场——细观应力新方法的实现 61
3.3.3 微观应力多尺度分析——单一工况下的应力分析 61
3.3.4 微观应力多尺度分析——拉弯组合工况下的应力分析 64
3.4 脐带缆多尺度分析 65
3.4.1 脐带缆分析模型——脐带缆模型描述 65
3.4.2 脐带缆分析模型——脐带缆模型分析实现 67
3.4.3 脐带缆等效刚度分析——脐带缆刚度理论公式总结 68
3.4.4 脐带缆等效刚度分析——基于均匀化方法得出的等效刚度结果 69
参考文献 69
第4章 海洋脐带缆结构试验测试分析 71
4.1 基本力学行为试验测试装置 71
4.2 拉扭行为试验测试分析 73
4.2.1 拉伸试验测试 75
4.2.2 扭转试验测试 77
4.2.3 拉扭耦合试验测试 80
4.3 弯*行为试验测试分析 81
4.4 疲劳损伤试验测试分析 86
4.4.1 试验原理 86
4.4.2 试验装置 87
4.4.3 试验方法、内容 88
4.4.4 试验工况确定与试验结果 90
参考文献 91
第5章 脐带缆结构整体水动力分析与线型设计 92
5.1 海洋脐带缆整体线型特征 92
5.2 细长结构水动力分析方法简介 93
5.2.1 海洋脐带缆整体极值预报分析方法 96
5.2.2 海洋脐带缆整体疲劳分析方法 98
5.3 海洋脐带缆整体线型设计与评估 101
5.3.1 线型与附件的基本设计 101
5.3.2 整体分析与评价 107
参考文献 112
第6章 海洋脐带缆安装铺设行为分析 114
6.1 典型安装铺设流程概述 114
6.1.1 铺设方法 114
6.1.2 铺设流程 120
6.1.3 铺设安装作业关键设备 122
6.2 脐带缆安装数值模拟分析计算 124
6.2.1 安装过程失效模式 124
6.2.2 安装过程结构分析 126
6.3 脐带缆安装数值试验测试分析 135
6.3.1 试验工况 136
6.3.2 试验模型 139
6.3.3 测量方案 142
6.3.4 结果分析 143
参考文献 146
第7章 脐带缆截面布局优化设计 147
7.1 脐带缆截面布局设计概述 147
7.2 脐带缆截面布局优化数学模型 148
7.2.1 几何性能 149
7.2.2 力学性能 151
7.2.3 热分散性 152
7.2.4 约束条件 153
7.3 基于拉格朗日乘子算法的截面布局优化设计 154
7.3.1 引言 154
7.3.2 优化目标 155
7.3.3 拉格朗日乘子算法 158
7.3.4 实例分析 160
7.3.5 结语 164
7.4 基于拟物算法的截面布局优化设计 164
7.4.1 引言 164
7.4.2 拟物算法 165
7.4.3 脐带缆等径构件截面布局优化设计 170
7.4.4 脐带缆截面布局数值模拟验证 171
7.4.5 脐带缆不等径构件截面布局优化设计案例 180
7.4.6 结语 185
7.5 基于粒子群算法的截面布局优化设计 186
7.5.1 引言 186
7.5.2 截面布局优化设计因素 187
7.5.3 粒子群算法 198
7.5.4 脐带缆截面布局优化设计实例 201
7.5.5 结语 203
参考文献 204
第8章 脐带缆整体线型优化设计 206
8.1 浅水线型优化设计 206
8.1.1 优化思路 206
8.1.2 基于代理模型的线型优化设计方法 206
8.1.3 代理模型及其构造方法 207
8.1.4 适用的优化算法 209
8.2 截面–整体双尺度协同优化设计 210
8.2.1 试验设计 211
8.2.2 近似模型构建 212
8.2.3 优化算法 213
8.3 基于脐带缆疲劳寿命的整体线型优化设计 214
8.3.1 疲劳寿命分析 214
8.3.2 疲劳寿命计算 215
8.3.3 基于疲劳寿命的整体线型优化设计 216
参考文献 217
丛书序
前言
第1章 引言 1
1.1 海洋脐带缆结构介绍 1
1.1.1 海洋动态脐带缆 1
1.1.2 海洋静态海缆 2
1.2 海洋脐带缆产品发展及结构研究现状 2
1.2.1 海洋脐带缆产品发展历程 2
1.2.2 海洋脐带缆结构研究现状 3
1.2.3 我国在海洋脐带缆研究中的贡献 7
参考文献 9
第2章 脐带缆结构力学行为分析 12
2.1 拉伸行为特征分析计算 12
2.2 拉扭行为特征分析计算 14
2.3 弯*行为特征分析计算 18
2.4 轴向压缩行为特征分析计算 20
2.4.1 径向屈* 20
2.4.2 侧向屈* 23
2.5 数值模拟方法.26
2.5.1 脐带缆结构数值模拟 27
2.5.2 试验测试及结果对比分析 33
参考文献 36
第3章 细长螺旋缠绕结构的多尺度分析 38
3.1 一维周期性结构等效分析方法 38
3.1.1 渐进均匀化理论 38
3.1.2 渐进均匀化方法的有限元新格式 41
3.1.3 一维周期性梁结构的渐进均匀化理论 43
3.2 典型螺旋缠绕结构的等效分析 45
3.2.1 螺旋缠绕结构的均匀化等效分析 45
3.2.2 尺寸效应对螺旋缠绕结构的性能影响分析 52
3.2.3 典型悬链线整体行为分析 53
3.2.4 设计参数对螺旋缠绕结构等效刚度的分析 54
3.3 典型螺旋缠绕结构局部应力降尺度分析 59
3.3.1 细观应力场——螺旋缠绕结构一阶细观应力计算方法 59
3.3.2 细观应力场——细观应力新方法的实现 61
3.3.3 微观应力多尺度分析——单一工况下的应力分析 61
3.3.4 微观应力多尺度分析——拉弯组合工况下的应力分析 64
3.4 脐带缆多尺度分析 65
3.4.1 脐带缆分析模型——脐带缆模型描述 65
3.4.2 脐带缆分析模型——脐带缆模型分析实现 67
3.4.3 脐带缆等效刚度分析——脐带缆刚度理论公式总结 68
3.4.4 脐带缆等效刚度分析——基于均匀化方法得出的等效刚度结果 69
参考文献 69
第4章 海洋脐带缆结构试验测试分析 71
4.1 基本力学行为试验测试装置 71
4.2 拉扭行为试验测试分析 73
4.2.1 拉伸试验测试 75
4.2.2 扭转试验测试 77
4.2.3 拉扭耦合试验测试 80
4.3 弯*行为试验测试分析 81
4.4 疲劳损伤试验测试分析 86
4.4.1 试验原理 86
4.4.2 试验装置 87
4.4.3 试验方法、内容 88
4.4.4 试验工况确定与试验结果 90
参考文献 91
第5章 脐带缆结构整体水动力分析与线型设计 92
5.1 海洋脐带缆整体线型特征 92
5.2 细长结构水动力分析方法简介 93
5.2.1 海洋脐带缆整体极值预报分析方法 96
5.2.2 海洋脐带缆整体疲劳分析方法 98
5.3 海洋脐带缆整体线型设计与评估 101
5.3.1 线型与附件的基本设计 101
5.3.2 整体分析与评价 107
参考文献 112
第6章 海洋脐带缆安装铺设行为分析 114
6.1 典型安装铺设流程概述 114
6.1.1 铺设方法 114
6.1.2 铺设流程 120
6.1.3 铺设安装作业关键设备 122
6.2 脐带缆安装数值模拟分析计算 124
6.2.1 安装过程失效模式 124
6.2.2 安装过程结构分析 126
6.3 脐带缆安装数值试验测试分析 135
6.3.1 试验工况 136
6.3.2 试验模型 139
6.3.3 测量方案 142
6.3.4 结果分析 143
参考文献 146
第7章 脐带缆截面布局优化设计 147
7.1 脐带缆截面布局设计概述 147
7.2 脐带缆截面布局优化数学模型 148
7.2.1 几何性能 149
7.2.2 力学性能 151
7.2.3 热分散性 152
7.2.4 约束条件 153
7.3 基于拉格朗日乘子算法的截面布局优化设计 154
7.3.1 引言 154
7.3.2 优化目标 155
7.3.3 拉格朗日乘子算法 158
7.3.4 实例分析 160
7.3.5 结语 164
7.4 基于拟物算法的截面布局优化设计 164
7.4.1 引言 164
7.4.2 拟物算法 165
7.4.3 脐带缆等径构件截面布局优化设计 170
7.4.4 脐带缆截面布局数值模拟验证 171
7.4.5 脐带缆不等径构件截面布局优化设计案例 180
7.4.6 结语 185
7.5 基于粒子群算法的截面布局优化设计 186
7.5.1 引言 186
7.5.2 截面布局优化设计因素 187
7.5.3 粒子群算法 198
7.5.4 脐带缆截面布局优化设计实例 201
7.5.5 结语 203
参考文献 204
第8章 脐带缆整体线型优化设计 206
8.1 浅水线型优化设计 206
8.1.1 优化思路 206
8.1.2 基于代理模型的线型优化设计方法 206
8.1.3 代理模型及其构造方法 207
8.1.4 适用的优化算法 209
8.2 截面–整体双尺度协同优化设计 210
8.2.1 试验设计 211
8.2.2 近似模型构建 212
8.2.3 优化算法 213
8.3 基于脐带缆疲劳寿命的整体线型优化设计 214
8.3.1 疲劳寿命分析 214
8.3.2 疲劳寿命计算 215
8.3.3 基于疲劳寿命的整体线型优化设计 216
参考文献 217
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