深海懸鏈線立管渦激疲勞損傷預(yù)報(bào)研究.pdf

1、隨著深海油氣資源的逐步開發(fā)，海洋立管的應(yīng)用由淺水區(qū)向深水區(qū)、極深水區(qū)發(fā)展。立管結(jié)構(gòu)是連接平臺和海底管道或井口的主要設(shè)備，受風(fēng)浪流等環(huán)境載荷的作用，這些交變載荷對立管的疲勞壽命影響很大，所以疲勞是深海立管設(shè)計(jì)最主要考慮的問題。本文對鋼質(zhì)懸鏈線立管SCR(Steel Catenary Riser)載荷和疲勞壽命預(yù)測的方法進(jìn)行了研究，著重研究了渦激振動對立管疲勞壽命的影響。
　　 首先對深海立管結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)介紹了懸鏈線立管和國

2、內(nèi)外在深海立管疲勞損傷方面的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展。接下來對深海立管的波浪載荷進(jìn)行了簡要的闡述，然后重點(diǎn)介紹了流致立管振動的相關(guān)理論和計(jì)算方法，最后對利用模態(tài)方法分析立管渦激振動引起的疲勞損傷的理論進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。
　　 將懸鏈線立管簡化為忽略剪切力的索模型，對懸鏈線立管進(jìn)行了模態(tài)分析，分析中考慮了流體附加質(zhì)量的影響，得到其在海水中的頻率和振型。根據(jù)斯托哈爾關(guān)系和外部流速大小的確定潛在的激勵模態(tài)范圍，并通過計(jì)算潛在模態(tài)的能量確定主要激

3、勵模態(tài)。根據(jù)能量平衡，求出升力系數(shù)和阻尼系數(shù)，從而可以計(jì)算出立管每階模態(tài)下的模態(tài)力和模態(tài)阻尼。再利用模態(tài)疊加法對懸鏈線立管進(jìn)行動力響應(yīng)分析。然后根據(jù)Palmgren-Miner線性累積損傷準(zhǔn)則并結(jié)合S-N曲線，分析了在不同流速下立管的渦激疲勞損傷。以2300mSpar平臺的懸鏈線輸油立管為例，計(jì)算了其在北海某流速作用下的疲勞損傷，得到了一些有意義的結(jié)論。
　　 最后討論了某些參數(shù)對深海海洋平臺SCR的渦激疲勞損傷的影響。懸鏈線立