緩波形鋼懸鏈立管分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、隨著海洋油氣開采不斷向深海發(fā)展，工程中對(duì)立管系統(tǒng)有了更高的要求。鋼懸鏈立管由于外形簡單、易于建造安裝，有較高的性價(jià)比，成為立管設(shè)計(jì)的首選，但其存在的問題是觸地區(qū)域疲勞損傷嚴(yán)重，且隨著水深的增加，對(duì)平臺(tái)的負(fù)荷越來越大，因此在懸鏈線基礎(chǔ)上發(fā)展出了緩波構(gòu)型的鋼懸鏈立管。緩波形鋼懸鏈立管的工程應(yīng)用較少，為保證立管工作的安全性，必須進(jìn)行強(qiáng)度與疲勞等特性分析。此外，由于浮力材的添加，立管構(gòu)型更加復(fù)雜，不同構(gòu)型的鋼懸鏈立管強(qiáng)度與疲勞等性能不同，這為緩

2、波形鋼懸鏈立管的設(shè)計(jì)帶來很大不確定性，由于涉及到的參數(shù)眾多且互相影響，由此引出了對(duì)立管構(gòu)型優(yōu)化問題的探討。
　　首先，本文基于時(shí)域方法與 S-N曲線，采用 OrcaFlex對(duì)簡單鋼懸鏈立管以及緩波形鋼懸鏈立管進(jìn)行對(duì)比分析，包括立管靜態(tài)和動(dòng)態(tài)強(qiáng)度、疲勞等方面，探討緩波形鋼懸鏈立管整體特性及優(yōu)勢(shì)。結(jié)果表明：緩波形鋼懸鏈立管整體動(dòng)態(tài)響應(yīng)變化幅值較小，對(duì)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)以及慢漂具有更好的適應(yīng)性；其疲勞危險(xiǎn)點(diǎn)為立管頂部應(yīng)力節(jié)下端、浮力材段和觸地點(diǎn)；

3、相對(duì)于簡單懸鏈線立管，緩波形立管頂部以及觸地點(diǎn)區(qū)域的疲勞性能得到顯著改善，觸地點(diǎn)疲勞壽命可提高近1個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　其次，探究不同設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)緩波形立管整體強(qiáng)度和疲勞特性的影響，結(jié)果表明：浮力材的位置、長度與密度對(duì)緩波形立管整體強(qiáng)度影響很大；水動(dòng)力系數(shù)對(duì)立管整體疲勞壽命有較大影響，土體剛度和內(nèi)流密度對(duì)觸地點(diǎn)疲勞影響較大，應(yīng)謹(jǐn)慎選取。
　　在上述分析的基礎(chǔ)上，本文探討了緩波形立管的優(yōu)化方法，基于遺傳算法并采用不同的方案對(duì)立管構(gòu)型進(jìn)

4、行優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化目標(biāo)分別為最小化立管靜態(tài)等效應(yīng)力、最小化立管動(dòng)態(tài)等效應(yīng)力、最大化立管疲勞壽命，設(shè)計(jì)變量為立管各段長度以及浮力材的密度。優(yōu)化結(jié)果表明：靜態(tài)與動(dòng)態(tài)強(qiáng)度優(yōu)化使得立管對(duì)平臺(tái)的負(fù)荷得到有效降低，且等效應(yīng)力也有所降低，但沒有起到提升立管疲勞壽命的作用；以疲勞作為目標(biāo)的優(yōu)化，其疲勞壽命得到了顯著提高，同時(shí)優(yōu)化后的立管也具有良好的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度性能，是最滿足要求的優(yōu)化方式。
　　本文對(duì)緩波形鋼懸鏈立管的強(qiáng)度、疲勞等關(guān)鍵特性進(jìn)行了分析，并