深水鋪設(shè)環(huán)境下托管架結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題研究.pdf

1、隨著陸上資源的枯竭，海洋石油開采逐漸成為國際上研究的熱點。近10年來，全球新發(fā)現(xiàn)的油氣田60％在海上，并且正在開采的油氣田50％也在海上，由此可見海洋資源的豐富，并且這些資源大多都在深海。深海油氣開采的難度非常大，屬于高投資、高技術(shù)、高風(fēng)險的開發(fā)模式，其中海底管道鋪設(shè)技術(shù)就是深海油氣開采的一個急需突破的重要環(huán)節(jié)。海底管道鋪設(shè)的核心裝備是托管架，只有將托管架的能力提升上去，才能從突破深海管道鋪設(shè)的瓶頸。我國在2012年建造了具有自主知識產(chǎn)

2、權(quán)的海洋石油201鋪管船，使我國的深海管道鋪設(shè)技術(shù)得到了很大的提升，但是隨著鋪設(shè)水深的增加，該裝備也暴露出了一些技術(shù)上的不足。
　　本文的目的是針對用于超深水大口徑管道鋪設(shè)的托管架在使用過程中出現(xiàn)的問題，提出了設(shè)計上的不足。
　　首先對船體的運動進行了總結(jié)，闡述了船體運動在時域和頻域上的計算方法，并介紹了船體運動的計算軟件—aqwa和試驗方法;對本文應(yīng)用的船體數(shù)據(jù)進行了介紹，并通過譜估計函數(shù)對船體運動的功率譜密度進行了計算，

3、得到了船體的運動規(guī)律。
　　其次對托管架在不同工況下的動力特性進行了分析，通過分析發(fā)現(xiàn)托管架在使用過程中，由于管道對托管架剛度矩陣和質(zhì)量矩陣的影響，會影響托管架的自振頻率，在淺水時這一影響不是很大，但是隨著鋪設(shè)水深和鋪設(shè)管徑的增加，這一影響對托管架的自振頻率改變比較大，甚至已經(jīng)接近船體運動的頻率帶。由此提出了在超深水、大口徑管道鋪設(shè)環(huán)境下的托管架在設(shè)計中存在的問題。
　　然后對虛擬激勵法的計算原理進行了介紹，并對船體-托管架

4、建立了虛擬的動力學(xué)方程，根據(jù)虛擬激勵的特點，將虛擬激勵變?yōu)橹C響應(yīng)分析，并利用有限元軟件對其進行了實現(xiàn)。
　　最后，托管架-鋪管船-管道三者是相互耦合的關(guān)系，本文將三者進行解耦，用質(zhì)量點代替管道模擬管道對托管架的慣性作用，將由水池試驗的得到的船體運動數(shù)據(jù)作為托管架的邊界條件，模擬船體運動對托管架的影響。在通用有限元軟件上實現(xiàn)了虛擬激勵法，并用該方法求得了托管架熱點位置的自功率譜密度函數(shù)，運用Dirlik方法計算了托管架熱點應(yīng)力的概率