深水鋼質(zhì)立管彎曲抑制裝置的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、博士學(xué)位論文深水鋼質(zhì)立管彎曲抑制裝置的關(guān)鍵技術(shù)研究TheAntibendingTechnologyofDeep—waterSteelRisers作者姓名：堂且曦學(xué)科、專業(yè)：監(jiān)盤自皇漫注結(jié)趁塑逡鹽魚』造學(xué)號：1098001指導(dǎo)教完成日兀從口師：期：大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要深水立管系統(tǒng)是深水油氣開發(fā)裝備中最為薄弱的構(gòu)件之一，在風(fēng)、浪、流以及頂部浮體運動的聯(lián)合作用下，立管

2、端部和觸地段等局部位置會產(chǎn)生過度彎曲而導(dǎo)致立管發(fā)生強度破壞、屈曲破壞以及疲勞破壞等。深水立管系統(tǒng)中的彎曲抑制裝置為過度彎曲問題提供了有效的解決途徑。因此，本文依托國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)資助項目“南海深水油氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)及裝備重大項目一一深水立管工程設(shè)計關(guān)鍵研究課題“，重點研究了深水立管彎曲抑制裝置的關(guān)鍵技術(shù)問題，主要內(nèi)容包括：功能性接頭設(shè)計、靜水壓潰分析、徑向屈曲與屈曲擴展分析以及關(guān)鍵位置彎曲抑制結(jié)構(gòu)設(shè)計等。深水立管主

3、要呈現(xiàn)柔性結(jié)構(gòu)的特征，當(dāng)其與剛性結(jié)構(gòu)固定連接時，就會在連接處的立管結(jié)構(gòu)中形成彎曲應(yīng)力的高度集中區(qū)。在這種情況下，通常采用應(yīng)力接頭結(jié)構(gòu)作為過渡，以降低立管端部結(jié)構(gòu)的彎曲應(yīng)力集中程度。目前，有關(guān)應(yīng)力接頭的大部分研究工作都集中在新型材料的應(yīng)用和對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的分析上，而應(yīng)力接頭的設(shè)計工作主要還是憑借設(shè)計人員的實際工程經(jīng)驗來進行的。因此，如果立管系統(tǒng)服役的平臺結(jié)構(gòu)或海洋環(huán)境發(fā)生變化，就會給設(shè)計工作帶來很大的難度。針對這一問題，本文提出了應(yīng)力接頭的設(shè)

4、計原理和設(shè)計方法，并在綜合考慮各方面影響因素的情況下，對重要參數(shù)的選擇和控制方法進行了工程推薦。根據(jù)該設(shè)計方法可以快速準(zhǔn)確地得到滿足實際工程需求的應(yīng)力接頭結(jié)構(gòu)，還能較為準(zhǔn)確地對相關(guān)力學(xué)性能進行分析和計算。同時，本文在考慮百年一遇極端海況的條件下，應(yīng)用數(shù)值模擬方法驗證了設(shè)計結(jié)果的正確性及合理性，評估了應(yīng)力接頭結(jié)構(gòu)的彎曲抑制能力。本文還基于實際工程項目，對帶有應(yīng)力接頭的立管系統(tǒng)進行了動力響應(yīng)分析和疲勞分析，進一步證明了該設(shè)計方法在實際工程應(yīng)

5、用中的可行性和有效性。然而，在深水立管系統(tǒng)的實際工程應(yīng)用中除了設(shè)計相應(yīng)結(jié)構(gòu)來抑制過度彎曲以外，對由過度彎曲引發(fā)的相關(guān)工程問題的分析和評估也十分重要。特別是當(dāng)這些過度彎曲位置含有結(jié)構(gòu)缺陷時，立管就很可能產(chǎn)生局部徑向屈曲甚至發(fā)生屈曲擴展破壞。而現(xiàn)有的立管徑向屈曲及屈曲擴展評估工作大都是基于大徑厚比海底管道進行的，由于結(jié)構(gòu)特點和載荷環(huán)境的不同導(dǎo)致計算誤差較大。因此，本文基于薄壁圓柱殼的徑向屈曲理論深入研究了不同徑厚比深水立管的壓潰屈曲特點，并