鋼懸鏈線立管整體動力響應分析.pdf

1、立管是連接海床和海洋平臺的細長柔性構件，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便、成本低和適合應用于多種平臺類型等優(yōu)點，而在深海油氣開采中得到越來越多的應用。盡管懸鏈線立管集諸多優(yōu)點于一身，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域的挑戰(zhàn)性問題，尤其是海流引起的渦激振動和管土相互作用會對立管破壞產生重大影響。因此對立管在海洋環(huán)境荷載下的渦激振動及管土相互作用的研究，不僅具有重要的學術意義，而且具有

2、重要的工程實際應用價值。
　　根據國內外懸鏈線立管最新的研究進展，目前對管土相互作用及渦激振動的研究主要采用截斷模型，而截斷模型不能準確的估計立管觸地區(qū)域的疲勞破壞。本文主要針對懸鏈線立管管土相互作用及渦激振動進行了整體動力響應分析。
　　論文的主要研究工作如下:
　　總結了管土相互作用和渦激振動相關實驗及數值模擬的研究進展，并詳細歸納了管土相互作用模型及渦激振動模型。給出了海洋立管受到的部分荷載及相關的計算方法。

3、r>　　給出了管土相互作用的靜力和動力分析模型，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及立管壁厚對立管觸地區(qū)域形狀的影響，研究結果表明: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。基于Abudeny提出的溝槽模型建立了初始溝槽，研究了動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。
　　進行了立管的渦激振動試驗，研究了外流流速和海床類型對渦激振動的影響。試驗結果表明:立管順流向和橫向的振動應變幅值均隨流速的增大而增加，在高流速下將會有多階模態(tài)參與渦激振動;海床類型將會影響立管的渦激振動響應頻率，懸垂段以一階振動為主，順流向出現(xiàn)了二階振動，在低流速下，懸垂段和拖地段的應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立管的應變要高于粘土海床，粘土海床

5、時立管的破壞易發(fā)生在懸垂段，砂土海床時易發(fā)生在拖地段。
　　給出了分析結構動力特性時所需要的基本方程，研究了立管的固有頻率受外流流速、內流流速及模型是否截斷的影響。研究結果表明:立管的固有頻率隨著內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斷的影響。與頂張力立管不同，懸鏈線立管在平面內和平面外有兩種不同的振型，給出了平面內外各前4階的振型，結果表明:模態(tài)振型節(jié)點的幅值并不是常數，越靠近軸向張力大的一端幅值越