發(fā)布時間：2020-02-27 09:33

【摘要】：隨著海上油氣資源開采的腳步不斷向深水海域邁進，深水管線工程已備受青睞。深水海床不規(guī)則、海流沖刷及海床土壤的不均勻性使得海底管線不可避免地出現(xiàn)自由管跨現(xiàn)象。管跨段是管線系統(tǒng)中最危險的部分，，本文針對深水海域歸納了管跨的成因及主要類型。 跨端邊界的處理方式對管跨段的振動分析研究有著不可忽視的影響。本文利用ABAQUS有限元軟件建立了考慮初始地應(yīng)力作用下的管土耦合三維計算模型，得到垂向及側(cè)向兩個方向的阻力位移曲線，并將土體粘聚力、楊氏模量、土體密度、海床地形形狀和土體摩擦系數(shù)作為敏感性因素對其進行敏感性分析。隨后將計算所得的阻力位移曲線數(shù)據(jù)加至ABAQUS的inp文件中進行管跨邊界條件加載，作為管跨振動分析的非線性邊界條件。 位于深水海域的管跨段主要受到海流載荷的作用，當(dāng)海流以一定流速流經(jīng)管跨段時，便會引發(fā)渦激振動現(xiàn)象。文中選取了水平段管跨和爬坡段管跨兩個計算實例，分別對其進行了模態(tài)分析和渦激振動分析，并對比了不同邊界處理方式對渦激振動響應(yīng)的影響。此外，針對爬坡段管跨，分別考慮了分層流和均勻流兩種海流流場，并就跨長和跨中支撐形式進行了敏感性分析。 海洋內(nèi)波是密度層化海洋中普遍存在的一種波動現(xiàn)象。文中介紹了內(nèi)波的特性、典型三層模式及其退化模式，并給出了內(nèi)波流場的解析解。此外，文中給出了三種典型的內(nèi)波流場，通過Morison公式來實現(xiàn)內(nèi)波載荷的加載。 綜合來講，本文提出了一套適用于深水海域的考慮管土耦合作用下，計及分層流與海洋內(nèi)波載荷的管跨振動分析方法，對實際工程具有一定的指導(dǎo)意義。
【圖文】：

海床與海底管線耦合作用的兩種三維計算模型對比

圖 1-1 海床與海底管線耦合作用的兩種三維計算模型對比2）在連續(xù)型三維計算模型的基礎(chǔ)上，考慮海床地形對管土耦合作用的步分析了海床地形的坡度變化對管土耦合作用的影響。以往的計算中二維模型來計算平整形狀的海床與管線之間的阻力位移關(guān)系，故由此性彈簧是均一值，未曾考慮到土壤彈簧的剛度沿管線軸向方向的變化3）對三維海床土體進行了初始地應(yīng)力平衡計算。在進行管土耦合作析之前，海床土體本身具有一定的初始應(yīng)力場，從而對管土耦合作用響。以往的計算中很少考慮到初始地應(yīng)力對管土耦合作用的影響，且則海床土體的初始地應(yīng)力平衡計算更為少見。4）當(dāng)海床由淺海向深海急劇過渡時，會出現(xiàn)陡坡這樣一種特殊的海床線不可避免的經(jīng)過陡坡時，管線則會在垂向上會存在一個相當(dāng)大的跨到幾百米，如圖 1-2 所示。針對海床地形在垂向上的這種陡跨現(xiàn)象，爬坡段管跨計算模型，分別進行了分層流、均勻流和內(nèi)波載荷的加載爬坡段管跨并考慮分層流及內(nèi)波加載方式的計算鮮有論述。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：P756.2

【參考文獻】

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1 胡家順;馮新;周晶;;考慮邊界土體性質(zhì)懸跨管道振動特性分析[J];大連理工大學(xué)學(xué)報;2010年03期

2 王愛軍;楊和振;;海底地形對臍帶纜深水安裝影響分析[J];海洋技術(shù);2010年03期

3 朱福根;;海底管道跨越深溝及巖土高丘時的應(yīng)力分析[J];海洋工程;1985年03期

4 蔡樹群,龍小敏,甘子鈞;孤立子內(nèi)波對小直徑圓柱形樁柱的作用力初探[J];水動力學(xué)研究與進展(A輯);2002年04期

5 ;NUMERICAL PREDICTION OF FATIGUE DAMAGE IN STEEL CATENARY RISER DUE TO VORTEX-INDUCED VIBRATION[J];Journal of Hydrodynamics;2011年02期

6 陳凱;段夢蘭;張文;;深水S型鋪管管道形態(tài)及力學(xué)分析方法研究[J];力學(xué)季刊;2011年03期

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本文編號：2583250