鋼懸鏈線立管整體動(dòng)力響應(yīng)分析.pdf

1、立管是連接海床和海洋平臺(tái)的細(xì)長(zhǎng)柔性構(gòu)件，主要用于鉆井和油氣輸送等。在各種類型的立管中，懸鏈線立管因具有安裝簡(jiǎn)便、成本低和適合應(yīng)用于多種平臺(tái)類型等優(yōu)點(diǎn)，而在深海油氣開采中得到越來越多的應(yīng)用。盡管懸鏈線立管集諸多優(yōu)點(diǎn)于一身，但其特殊的布置形式所帶來的疲勞損傷一直是海洋工程領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性問題，尤其是海流引起的渦激振動(dòng)和管土相互作用會(huì)對(duì)立管破壞產(chǎn)生重大影響。因此對(duì)立管在海洋環(huán)境荷載下的渦激振動(dòng)及管土相互作用的研究，不僅具有重要的學(xué)術(shù)意義，而且具有

2、重要的工程實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　根據(jù)國(guó)內(nèi)外懸鏈線立管最新的研究進(jìn)展，目前對(duì)管土相互作用及渦激振動(dòng)的研究主要采用截?cái)嗄Ｐ停財(cái)嗄Ｐ筒荒軠?zhǔn)確的估計(jì)立管觸地區(qū)域的疲勞破壞。本文主要針對(duì)懸鏈線立管管土相互作用及渦激振動(dòng)進(jìn)行了整體動(dòng)力響應(yīng)分析。
　　論文的主要研究工作如下:
　　總結(jié)了管土相互作用和渦激振動(dòng)相關(guān)實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬的研究進(jìn)展，并詳細(xì)歸納了管土相互作用模型及渦激振動(dòng)模型。給出了海洋立管受到的部分荷載及相關(guān)的計(jì)算方法。

3、r>　　給出了管土相互作用的靜力和動(dòng)力分析模型，并基于粱．彈簧模型編寫了立管初始嵌入海床的靜力分析程序，研究了海床表面剛度SuO、剪切剛度梯度Sug及立管壁厚對(duì)立管觸地區(qū)域形狀的影響，研究結(jié)果表明:立管埋入泥土的區(qū)域隨著SuO的減小而增大，而隨著立管壁厚的增大而增大，受Sug影響較小?；贏budeny提出的溝槽模型建立了初始溝槽，研究了動(dòng)力模型中管土分離因子、最大吸力因子和溝槽最大深度的影響，研究結(jié)果表明:立管觸地區(qū)域彎矩的最大值隨著

4、管土分離因子、最大吸力因子和溝槽最大深度的增大而增大。
　　進(jìn)行了立管的渦激振動(dòng)試驗(yàn)，研究了外流流速和海床類型對(duì)渦激振動(dòng)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:立管順流向和橫向的振動(dòng)應(yīng)變幅值均隨流速的增大而增加，在高流速下將會(huì)有多階模態(tài)參與渦激振動(dòng);海床類型將會(huì)影響立管的渦激振動(dòng)響應(yīng)頻率，懸垂段以一階振動(dòng)為主，順流向出現(xiàn)了二階振動(dòng)，在低流速下，懸垂段和拖地段的應(yīng)變均較小且相差不大，而在高流速下，砂土海床和混合海床時(shí)立管的應(yīng)變要高于粘土海床，粘土海床

5、時(shí)立管的破壞易發(fā)生在懸垂段，砂土海床時(shí)易發(fā)生在拖地段。
　　給出了分析結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性時(shí)所需要的基本方程，研究了立管的固有頻率受外流流速、內(nèi)流流速及模型是否截?cái)嗟挠绊憽Ｑ芯拷Y(jié)果表明:立管的固有頻率隨著內(nèi)流流速的增大而減小，而隨著外流流速的增加而增加，基本不受模型是否截?cái)嗟挠绊?。與頂張力立管不同，懸鏈線立管在平面內(nèi)和平面外有兩種不同的振型，給出了平面內(nèi)外各前4階的振型，結(jié)果表明:模態(tài)振型節(jié)點(diǎn)的幅值并不是常數(shù)，越靠近軸向張力大的一端幅值越