本文關(guān)鍵詞： 柔性立管 渦激振動(dòng) 模型實(shí)驗(yàn) 動(dòng)態(tài)特性　出處：《中國(guó)海洋大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：海洋立管作為連接海面作業(yè)平臺(tái)與海床井口的關(guān)鍵構(gòu)件，在海洋油氣勘探開(kāi)采技術(shù)飛速發(fā)展的今天，越來(lái)越受到關(guān)注。隨著各大石油廠商將目光逐漸投向更深的海域，柔性立管的諸多優(yōu)勢(shì)得到體現(xiàn)。在深水環(huán)境中，柔性立管極易受到復(fù)雜海況的影響（如海流、波浪作用）進(jìn)而出現(xiàn)一些特有的動(dòng)力響應(yīng)。一定的流速范圍內(nèi)，立管的尾流區(qū)將會(huì)發(fā)生渦泄脫落現(xiàn)象，而產(chǎn)生渦激振動(dòng)（Vortex InducedVibration，簡(jiǎn)稱VIV）。渦激振動(dòng)現(xiàn)象的直接表現(xiàn)為立管在順?biāo)鞣较�、垂直水流方向的周期性振�?dòng)。渦泄脫落頻率同結(jié)構(gòu)的固有頻率接近時(shí)將產(chǎn)生共振，這使得振幅將極大的增加，長(zhǎng)期將使得立管發(fā)生疲勞破壞，一定程度上制約著海洋工程向深水的發(fā)展。 柔性立管實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，由于受到流體的作用、內(nèi)部張力、海面結(jié)構(gòu)物的偏移慢漂的影響而表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)特性。本文依托于國(guó)外某海洋立管生產(chǎn)廠商委托的柔性立管動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，以等比例模型實(shí)驗(yàn)做為主要的研究手段。主要研究工作如下： 1）本文以經(jīng)一定比例縮小后的柔性立管模型為研究對(duì)象，分析兩端鉸接固定的柔性立管在不加載外部浮體結(jié)構(gòu)時(shí)VIV動(dòng)態(tài)響應(yīng)特點(diǎn)。通過(guò)施加不同頂端張力，在一定流速區(qū)間內(nèi)進(jìn)行全程的數(shù)據(jù)采集。經(jīng)后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，對(duì)該柔性立管的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行較為全面的分析；在揭示其渦激振動(dòng)形成機(jī)理的同時(shí)，重點(diǎn)對(duì)目標(biāo)立管的共振區(qū)域進(jìn)行研究，分析立管進(jìn)入共振區(qū)域的流速及其他條件。 2）本文對(duì)動(dòng)態(tài)柔性立管的邊界條件進(jìn)行分析，在滿足實(shí)驗(yàn)要求的同時(shí)進(jìn)行邊界條件相應(yīng)簡(jiǎn)化處理。完成頂端的位移施加裝置后，進(jìn)行了施加頂端位移的柔性立管在相同條件下的VIV動(dòng)態(tài)響應(yīng)探索性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一方面可同兩端鉸接的柔性立管進(jìn)行對(duì)照比較，進(jìn)而分析動(dòng)態(tài)特性在渦激振動(dòng)現(xiàn)象過(guò)程中的影響；另一方面可作為重要的實(shí)驗(yàn)成果為實(shí)際工程提供參考，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。 3）對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)變變化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，本文用MATLAB等數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行振動(dòng)幅值的時(shí)域分析；采用FFT變換（Fast Fourier Transform，，快速傅里葉變換）進(jìn)行應(yīng)變譜分析，進(jìn)而得出目標(biāo)位置、目標(biāo)方向的振動(dòng)頻率。振動(dòng)幅值及振動(dòng)頻率做為本文關(guān)于VIV動(dòng)態(tài)響應(yīng)的主要分析介質(zhì)，可對(duì)柔性立管的實(shí)時(shí)動(dòng)力特性進(jìn)行較為精確的描述，進(jìn)而從中歸納出柔性立管的廣適用性動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，選用的攝像裝置將對(duì)柔性立管的渦激振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行全程的捕捉，包括水面攝像、及水下攝像。借助示綜劑對(duì)尾流區(qū)渦泄的標(biāo)識(shí)，水面攝像可對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中立管后方尾流區(qū)的渦泄形態(tài)進(jìn)行有效捕捉；水下攝像則主要對(duì)立管在水下的實(shí)時(shí)姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。其部分資料將作為柔性立管進(jìn)入共振區(qū)域的直接證據(jù)。
[Abstract]:As the key component of marine riser connects to the sea and seabed wellhead platform, marine oil and gas exploration, the rapid development of technology today, more and more attention. As the major oil manufacturers will look gradually to the deeper waters, the advantages of flexible riser is obtained. In deep water environment, flexible riser pole affected by complicated sea conditions (such as ocean currents, waves) and some unique dynamic response. A certain velocity range, will the riser wake vortex shedding and discharge, vortex induced vibration (Vortex InducedVibration, referred to as VIV). The direct expression of VIV of risers in the water flow direction, periodic vibration perpendicular to the flow direction. The vortex shedding shedding frequency close to the natural frequency of the same structure will produce resonance, the amplitude will greatly increase, long-term will make the riser fatigue damage, To a certain extent, it restricts the development of marine engineering to deep water.
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本文編號(hào)：1454276