【摘要】：隨著海上油氣資源開采的腳步不斷向深水海域邁進(jìn)，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(xiǎn)的部分，，本文針對(duì)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(duì)管跨段的振動(dòng)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(jì)算模型，得到垂向及側(cè)向兩個(gè)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(duì)其進(jìn)行敏感性分析。隨后將計(jì)算所得的阻力位移曲線數(shù)據(jù)加至ABAQUS的inp文件中進(jìn)行管跨邊界條件加載，作為管跨振動(dòng)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(shí)，便會(huì)引發(fā)渦激振動(dòng)現(xiàn)象。文中選取了水平段管跨和爬坡段管跨兩個(gè)計(jì)算實(shí)例，分別對(duì)其進(jìn)行了模態(tài)分析和渦激振動(dòng)分析，并對(duì)比了不同邊界處理方式對(duì)渦激振動(dòng)響應(yīng)的影響。此外，針對(duì)爬坡段管跨，分別考慮了分層流和均勻流兩種海流流場(chǎng)，并就跨長(zhǎng)和跨中支撐形式進(jìn)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(dòng)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(chǎng)的解析解。此外，文中給出了三種典型的內(nèi)波流場(chǎng)，通過Morison公式來實(shí)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(jì)及分層流與海洋內(nèi)波載荷的管跨振動(dòng)分析方法，對(duì)實(shí)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(jì)算模型對(duì)比

圖 1-1 海床與海底管線耦合作用的兩種三維計(jì)算模型對(duì)比2）在連續(xù)型三維計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，考慮海床地形對(duì)管土耦合作用的步分析了海床地形的坡度變化對(duì)管土耦合作用的影響。以往的計(jì)算中二維模型來計(jì)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(duì)三維海床土體進(jìn)行了初始地應(yīng)力平衡計(jì)算。在進(jìn)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(chǎng)，從而對(duì)管土耦合作用響。以往的計(jì)算中很少考慮到初始地應(yīng)力對(duì)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(jì)算更為少見。4）當(dāng)海床由淺海向深海急劇過渡時(shí)，會(huì)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(shí)，管線則會(huì)在垂向上會(huì)存在一個(gè)相當(dāng)大的跨到幾百米，如圖 1-2 所示。針對(duì)海床地形在垂向上的這種陡跨現(xiàn)象，爬坡段管跨計(jì)算模型，分別進(jìn)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(jì)算鮮有論述。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：P756.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2583250