在海洋油气开发工程项目中,大型储缆筐是装载柔性管缆的重要装备,其多为固定式结构,安装在工程船舶上,但一些船舶自身配备的储缆筐装载能力不足,需要加装临时储缆筐,以满足项目需求。文中针对某一工程船开展了大型储缆筐的结构设计研究。基于理论分析及SACS有限元软件,提出了一种圆周应力分析方法,计算分析了多层圆周分布荷载,按照规范校核了内外护栏的结构强度,并优化了储缆筐的结构设计,最终形成了一套大型储缆筐结构设计方法,为同类型储缆筐的结构设计提供指导。

为了解决西部盐渍土环境下再生混凝土中钢筋的寿命预测问题,采用电化学测试仪对浸泡在氯盐溶液中的再生骨料钢筋混凝土进行了电化学试验,得到了表征钢筋腐蚀的腐蚀电流密度及自腐蚀电位两个指标。利用最小二乘法对Weibull参数做了进一步估计,在Weibull分布函数的基础上对钢筋腐蚀后的寿命进行了建模。结果表明:再生混凝土中的钢筋加速腐蚀至30个月时,其腐蚀电流密度最高为0.0584μA/cm2,处于未腐蚀状态;将钢筋低腐蚀与中等腐蚀的界限值(0.5μA/cm2)作为钢筋达到高腐蚀状态时的阈值,确定出再生混凝土中钢筋在第750个月时的可靠度函数开始趋近于零,处于中等腐蚀状态,从而直观反映了钢筋在实际环境中的有效使用寿命,可为再生混凝土中钢筋的维护与检测提供参考。

研究了着色剂、外加剂掺量、配合比参数等对混凝土力学性能、水化产物形成、收缩变形性能、耐磨损能力的影响规律,再通过对既有混凝土界面进行不同的预处理方式,研究了界面粗糙度、干燥状态等对新旧混凝土界面黏结性能的影响。结果表明:高掺量铁黑降低混凝土力学性能,碳黑与铁黑复配有助于提升力学性能;着色剂粒子的加入有助于氢氧化钙的结晶形成,但对于钙矾石影响较小;混凝土的耐磨损性能与水胶比、含气量等试验参数相关,降低浆体含气量、选取合适的水胶比来获得较高的基体强度,可提升混凝土的耐磨损性能。采用胶材水化温升抑制和收缩补偿复合技术,可实现混凝土分阶段全过程收缩变形调控。较高的界面混凝土强度等级、较大的表面粗糙度以及表面预湿处理,有助于提高新旧混凝土界面黏结性能。

为了满足结构工程对修复材料提出的施工方式与开放时间、增韧、体积变形及抗冻融的实际需求,研究了高延性水泥基复合材料(HDCC)的凝结时间、拉伸-位移、劈裂抗拉、收缩及冻融性能的影响。结果表明,在保证早期强度发展的前提下,缓凝剂有效地延长了凝结时间从而保证其相应的施工时间,纤维的合理使用可提高HDCC的拉伸韧性与劈裂抗拉强度,而减缩剂与膨胀剂可将HDCC的收缩应变减小至200με以内,同时,新型HDCC还表现出良好的抗冻融特性。

考查了不同消泡剂在各掺量时对灌浆料表观质量的影响规律,并从消泡速率、流变性能、硬化后气泡参数等方面对其作用机理进行了分析。结果表明,消泡剂品种对灌浆料表观气泡状态影响明显,相同掺量时,试验中掺消泡剂PX-1灌浆料的表观质量最优,PX-2其次,PX-3最差;优选合适消泡剂可提升灌浆料表观质量的机理在于其消泡速率更快,同时还能改善浆体黏度,并降低了总气泡及100μm以下气泡的数量。

上游泵送机械密封可通过端面槽型等参数的设计实现低泄漏、低摩擦、长寿命的优异性能。本文对一种新型的多列品字形螺旋槽上游机械密封的密封性能进行了数值研究,建立了密封间隙内含有气液分界面的多列螺旋槽上游泵送机械密封流场仿真模型,并基于该模型对比了经典双列八字螺旋槽和新型多列品字螺旋槽在不同压差下的密封性能变化规律。计算结果表明,在本文参数条件下,压差波动时,多列品字螺旋槽相比双列八字槽具有更加稳定的密封性能、液体润滑面积和更强的承载性能。本文进一步研究了品字槽中副下游槽的槽深和螺旋角等几何参数对密封性能的影响规律,为这种多列螺旋槽上游泵送密封的槽型参数设计提供理论指导依据。

封隔器密封胶筒在井下实际应用中力学特性复杂,同时需要承受高温高压饱和水蒸汽的强腐蚀作用,故对胶筒材料性能的要求异常苛刻。为改善密封胶筒的结构稳定性及高温高压水耐腐性,以密封胶筒为研究对象开展有限元仿真分析,通过胶筒结构参数、界面摩擦性能和材料特性等因素对其力学特性及密封性能影响规律的比较,提出软硬质材料多层堆叠及环端面金属包覆结构以实现性能优化。仿真结果表明,优化后的结构改善了密封胶筒肩部的挤出现象,增大了接触区域的密封效果,同时阻挡了高温高压水对胶筒的腐蚀。

为解决半潜船吃水变化导致常规艉轴密封装置失效和寿命降低的问题,提出了一种带平衡型空气密封功能的艉轴密封装置设计方法。该方法通过自感应船舶吃水深度,合理控制各道密封圈的相对压力差,使密封处于良好的工作状态。经实船应用证明,该艉轴密封装置安全、可靠。

利用ABAQUS软件开展卸荷角对斯特封密封性能影响的有限元仿真分析。基于单轴拉伸压缩试验获取橡胶和塑料材料应力-应变曲线定义材料属性,通过建立初步接触、过盈装配、流体压力直接加载3个分析步模拟斯特封真实工作状况,分别得出不同流体压力载荷下有、无卸荷角斯特封的应力应变云图、密封面接触压力分布图等,并计算出抱轴力、摩擦力等密封性能参数,研究卸荷角的影响规律。结果表明:卸荷角的存在会明显改善斯特封塑料环的变形状态,使其腰部不会发生向内凹陷的现象,而是一种向卸荷角方向的倾斜;卸荷角的存在还会使斯特封所受摩擦力变小,对改善密封性能、减少机械损耗,延长使用寿命起到了积极作用。

为进一步提高变形坯料圆板从定心机构送往液压机中心的位置精度,提出一种主吸盘定位和副吸盘辅助抓取的主副吸盘机械手,通过上料系统组成和工作原理以及应用仿真和计算方法,分析主吸盘和主副吸盘对坯料圆板作业时的变形位移情况,设计主副吸盘机械手对1200~3900 mm直径范围内变形坯料圆板的吸吊,减少拼焊应力变形和吸吊后变形位移的影响,提高从定心机构到液压机中心的定位精度。通过实践应用表明:主副吸盘机械手实现了宽范围直径、高达100 mm变形和最大2000 kg载荷坯料圆板,定位精度控制在1~4 mm的较高精度稳定搬运,进一步提高了产品质量和系统安全性,建议了圆板坯料小车上的码垛数量,满足了应用和生产实际需求。