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(jié)構(gòu)越來越柔。渦激振動(VIV)是深海立管系統(tǒng)設(shè)計,包括鉆井、生產(chǎn)立管和出口立管設(shè)計必須考慮的一個重要問題。劇烈的流場接觸到立管后產(chǎn)生的渦激振動可以在相對較短的時間內(nèi)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?xí)绊懙狡脚_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(yīng),采用計算流體動力學(xué)(CFD)軟件 CFX進行流場的模擬,

2、結(jié)構(gòu)分析有限元軟件ANSYS模擬結(jié)構(gòu)振動響應(yīng),通過ANSYS自帶的workbench平臺對立管受力和結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(jié)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(jié)果與實驗結(jié)果的對比表明,本文的大渦模擬較真實地反映了試驗結(jié)果,立管橫向渦激振動響應(yīng)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(chǔ)。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(jié)果與均勻流模擬結(jié)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(fù)雜,但整體振動響應(yīng)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