鋼懸鏈線立管動力特性模擬中的相似問題研究.pdf

1、鋼懸鏈線立管（Steel Catenary Riser，簡稱“SCR”）是深水石油天然氣開采中連接水下油氣井與海洋平臺的關(guān)鍵部件，關(guān)系著油氣資源開采系統(tǒng)的安全性、施工成本及水下開采深度等問題?，F(xiàn)階段對鋼懸鏈線立管的研究主要是數(shù)值模擬和模型試驗兩種方法，本文先通過數(shù)值模擬的方法對鋼懸鏈線立管動力模擬中的相似問題進行驗證，再通過已確定的相似關(guān)系進行動力模型試驗，對鋼懸鏈線立管的動力響應進行分析。
　　本文的主要研究工作如下：
　

2、　1、總結(jié)了鋼懸鏈線立管的研究及工程應用情況，匯總了相似理論的研究成果。
　　2、根據(jù)現(xiàn)有的相似理論對鋼懸鏈線立管的動力模擬中的相似問題進行研究分析，以“抓住主要相似關(guān)系，適當?shù)纳釛壌我嗨脐P(guān)系”為原則，結(jié)合工程實際背景提出一套適用于鋼懸鏈線立管小比尺動力模型試驗的相似關(guān)系。
　　3、由于本文采用的相似關(guān)系舍棄了嚴格幾何相似的相似條件，為確保試驗結(jié)果的有效性，采用數(shù)值模擬的方法對這兩個相似常數(shù)對鋼懸鏈線立管的動力特性的影響做

3、了分析比較，計算得到的誤差還是比較小，在可接受的范圍內(nèi)，為以后的模型試驗提供了借鑒的經(jīng)驗。
　　4、根據(jù)本文中確定的相似關(guān)系，確定模型參數(shù)，進行動力模型試驗。由于鋼懸鏈線立管的實際約束情況比較復雜，在模型試驗中需進行了一定的簡化，下端約束采用鉸支約束，上端考慮浮式海洋平臺的比較大，采用釋放一定水平位移的鉸支約束。
　　5、由于管土相互作用的存在，鋼懸鏈線立管的動力響應受海床土性質(zhì)的影響比較大。因此，為接近實際情況，取大連市周

4、邊的近海粘土，對其進行篩分、排水固結(jié)。然后，用T－bar試驗得到海床土的抗剪強度曲線，根據(jù)抗剪強度曲線，在Abaqus軟件中可建立等效非線性彈簧模擬海床土。
　　6、試驗工況采用正弦波、El－Centro地震波，借助試驗室自主研發(fā)的振動臺進行加載，得到結(jié)構(gòu)的動力響應。根據(jù)模型試驗數(shù)據(jù)，可知鋼懸鏈線立管在振動過程中，一階模態(tài)為水平彎曲振動，二階模態(tài)為豎向彎曲振動，試驗振動過程中應力最大值出現(xiàn)在管身與土的接觸區(qū)域，與之前的研究成果一致