鋼懸鏈線立管渦激振動(dòng)試驗(yàn)研究.pdf

1、海洋立管是連接海上浮式平臺(tái)和海床油氣井口的主要連接件，用于石油、天然氣等的生產(chǎn)和輸運(yùn)。立管的內(nèi)部一般有高溫高壓的油、氣流過，外部承受海流、波浪、地震等作用，底部與海床土體相互作用，受力十分復(fù)雜。當(dāng)海流流經(jīng)立管時(shí)，在一定流速下會(huì)產(chǎn)生漩渦脫落，使得立管發(fā)生渦激振動(dòng)，當(dāng)漩渦的脫落頻率fv與立管的自振頻率fn接近時(shí)，振動(dòng)幅值明顯增大，發(fā)生“鎖振”現(xiàn)象，從而加快立管的疲勞破壞。
　　 渦激振動(dòng)是一種復(fù)雜的流固耦合振動(dòng)現(xiàn)象，是當(dāng)前國內(nèi)外研究

2、熱點(diǎn)。鋼懸鏈線立管是一種大長細(xì)比柔性結(jié)構(gòu)，其渦激振動(dòng)極為復(fù)雜。由于渦激振動(dòng)的影響因素比較多，如結(jié)構(gòu)自身的大變形非線性特性、底部管土的相互作用、頂部張力的變化等，加上海洋環(huán)境荷載的耦合作用，使得對于鋼懸鏈線立管的渦激振動(dòng)動(dòng)力響應(yīng)的分析和數(shù)值模擬變得十分困難。本文采取試驗(yàn)手段研究在階段流作用下鋼懸鏈線立管的渦激振動(dòng)，立管模型采用較大長細(xì)比(L/D=390)且具有大變形特性的懸鏈線立管，拖地段海床土體選用粘土、細(xì)砂和混合土體，在海洋工程大型平

3、面隨機(jī)波流耦合水池中進(jìn)行渦激振動(dòng)試驗(yàn)，探索其渦激振動(dòng)機(jī)理及其與海床土體的相互作用規(guī)律。主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1)在深水池中對懸鏈線立管模型進(jìn)行階段流下的渦激振動(dòng)試驗(yàn)，研究不同外流流速下，懸鏈線立管渦激振動(dòng)規(guī)律。發(fā)現(xiàn)渦激振動(dòng)幅值隨外流流速的增加而增大，橫向振動(dòng)幅值遠(yuǎn)大于來流向振動(dòng)幅值。
　　 (2)通過試驗(yàn)，研究不同海床土類型對懸鏈線立管渦激振動(dòng)的影響。結(jié)果表明：用粘性土模擬海床時(shí)，立管應(yīng)力隨外流流速的增加呈現(xiàn)先增加