深海立管渦激振動的大渦模擬與渦振疲勞累積損傷分析.pdf

1、隨著海上油氣工程不斷向深水區(qū)域發(fā)展,海洋立管變得越來越長、結構越來越柔。渦激振動(VIV)是深海立管系統(tǒng)設計,包括鉆井、生產立管和出口立管設計必須考慮的一個重要問題。劇烈的流場接觸到立管后產生的渦激振動可以在相對較短的時間內造成立管高度疲勞損傷。由立管渦激振動引起的損傷可能會降低立管的使用壽命,甚至會影響到平臺的安全。
　　本文采用瞬態(tài)流固耦合方法模擬柔性立管的渦激振動效應,采用計算流體動力學(CFD)軟件 CFX進行流場的模擬,

2、結構分析有限元軟件ANSYS模擬結構振動響應,通過ANSYS自帶的workbench平臺對立管受力和結構變形之間的動態(tài)數(shù)據(jù)進行交換,從而實現(xiàn)對流場和結構運動的交互耦合。采用大渦模擬湍流模型,成功地實現(xiàn)了對立管渦激振動的三維模擬。主要研究內容分為三個部分:首先,對均勻來流下小長徑比立管的渦激振動進行了數(shù)值模擬,結果表明小長徑比立管主要為低階模態(tài)的振動,來流引起的渦激振動幅值非常小,特別是順流向振動幅值基本可以忽略;然后,對均勻流下大長徑比

3、柔性立管進行了數(shù)值模擬,模擬結果與實驗結果的對比表明,本文的大渦模擬較真實地反映了試驗結果,立管橫向渦激振動響應顯著。同時,對比了立管剛度降低對立管渦激振動的影響,為研究立管損傷識別提供了基礎。其次,進一步對剪切流作用下大長徑比立管渦激振動進行了數(shù)值模擬,并將其結果與均勻流模擬結果進行了對比,研究表明剪切流作用下立管渦激振動現(xiàn)象在空間上更加復雜,但整體振動響應幅度不如同流速下均勻流作用的情況大。最后,基于疲勞強度理論,研究了深海立管渦激