鋼懸鏈線立管動(dòng)力特性模擬中的相似問題研究.pdf

1、鋼懸鏈線立管（Steel Catenary Riser，簡(jiǎn)稱“SCR”）是深水石油天然氣開采中連接水下油氣井與海洋平臺(tái)的關(guān)鍵部件，關(guān)系著油氣資源開采系統(tǒng)的安全性、施工成本及水下開采深度等問題?，F(xiàn)階段對(duì)鋼懸鏈線立管的研究主要是數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)兩種方法，本文先通過數(shù)值模擬的方法對(duì)鋼懸鏈線立管動(dòng)力模擬中的相似問題進(jìn)行驗(yàn)證，再通過已確定的相似關(guān)系進(jìn)行動(dòng)力模型試驗(yàn)，對(duì)鋼懸鏈線立管的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析。
　　本文的主要研究工作如下：
　

2、　1、總結(jié)了鋼懸鏈線立管的研究及工程應(yīng)用情況，匯總了相似理論的研究成果。
　　2、根據(jù)現(xiàn)有的相似理論對(duì)鋼懸鏈線立管的動(dòng)力模擬中的相似問題進(jìn)行研究分析，以“抓住主要相似關(guān)系，適當(dāng)?shù)纳釛壌我嗨脐P(guān)系”為原則，結(jié)合工程實(shí)際背景提出一套適用于鋼懸鏈線立管小比尺動(dòng)力模型試驗(yàn)的相似關(guān)系。
　　3、由于本文采用的相似關(guān)系舍棄了嚴(yán)格幾何相似的相似條件，為確保試驗(yàn)結(jié)果的有效性，采用數(shù)值模擬的方法對(duì)這兩個(gè)相似常數(shù)對(duì)鋼懸鏈線立管的動(dòng)力特性的影響做

3、了分析比較，計(jì)算得到的誤差還是比較小，在可接受的范圍內(nèi)，為以后的模型試驗(yàn)提供了借鑒的經(jīng)驗(yàn)。
　　4、根據(jù)本文中確定的相似關(guān)系，確定模型參數(shù)，進(jìn)行動(dòng)力模型試驗(yàn)。由于鋼懸鏈線立管的實(shí)際約束情況比較復(fù)雜，在模型試驗(yàn)中需進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化，下端約束采用鉸支約束，上端考慮浮式海洋平臺(tái)的比較大，采用釋放一定水平位移的鉸支約束。
　　5、由于管土相互作用的存在，鋼懸鏈線立管的動(dòng)力響應(yīng)受海床土性質(zhì)的影響比較大。因此，為接近實(shí)際情況，取大連市周

4、邊的近海粘土，對(duì)其進(jìn)行篩分、排水固結(jié)。然后，用T－bar試驗(yàn)得到海床土的抗剪強(qiáng)度曲線，根據(jù)抗剪強(qiáng)度曲線，在Abaqus軟件中可建立等效非線性彈簧模擬海床土。
　　6、試驗(yàn)工況采用正弦波、El－Centro地震波，借助試驗(yàn)室自主研發(fā)的振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行加載，得到結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。根據(jù)模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知鋼懸鏈線立管在振動(dòng)過程中，一階模態(tài)為水平彎曲振動(dòng)，二階模態(tài)為豎向彎曲振動(dòng)，試驗(yàn)振動(dòng)過程中應(yīng)力最大值出現(xiàn)在管身與土的接觸區(qū)域，與之前的研究成果一致