發(fā)布時(shí)間：2020-05-13 00:43

【摘要】：隨著世界各國(guó)油氣資源的開(kāi)采向深海推進(jìn)，立管渦激振動(dòng)問(wèn)題逐漸引起了學(xué)術(shù)和工業(yè)界的關(guān)注。當(dāng)一定流速的海流經(jīng)過(guò)深海立管時(shí)，在管柱尾流兩側(cè)形成脫落漩渦，尾渦交替發(fā)放對(duì)立管產(chǎn)生周期性的作用力，從而引發(fā)立管振動(dòng)。渦激振動(dòng)現(xiàn)象會(huì)大大降低系泊、立管和海底管道等結(jié)構(gòu)物的疲勞壽命，因此準(zhǔn)確預(yù)報(bào)渦激振動(dòng)引起的疲勞損傷是深海立管設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。 深海立管在來(lái)流作用下，同時(shí)發(fā)生橫流和順流兩個(gè)方向的渦激振動(dòng)，，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有研究工作大部分僅針對(duì)橫向振動(dòng)的情況。然而近期實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)表明，雖然橫流方向的響應(yīng)幅值大于順流，渦激振動(dòng)在順流方向被激發(fā)模態(tài)的階數(shù)高，振動(dòng)頻率大，疲勞損傷不可忽略。本文進(jìn)一步完善了橫流渦激振動(dòng)響應(yīng)的預(yù)報(bào)方法，并在此基礎(chǔ)上建立了順流方向渦激振動(dòng)幅值及疲勞損傷的預(yù)報(bào)模型，針對(duì)海流流速、軸向張力和立管材料等影響因素展開(kāi)分析和討論，可以為深海立管設(shè)計(jì)以及相關(guān)規(guī)范的完善和補(bǔ)充提供參考。 本文針對(duì)深海頂端張緊式立管，基于頻域理論進(jìn)行了深入研究，主要內(nèi)容包括如下幾個(gè)方面：1.基于剛性圓柱體受迫振蕩實(shí)驗(yàn)的水動(dòng)力信息，采用有限元方法和 能量平衡原理，建立了立管在橫流方向的渦激振動(dòng)幅值響應(yīng)預(yù)報(bào)模型。鑒于SHEAR7和VIVANA在穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析階段存在差異，本文給出了不同附加質(zhì)量處理方式下的模態(tài)頻率和振型對(duì)比，為合理預(yù)報(bào)立管渦激振動(dòng)響應(yīng)幅值和疲勞損傷提供理論基礎(chǔ)。 2.考慮橫流渦激振動(dòng)對(duì)順流向激發(fā)力的放大效應(yīng)，結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)的水動(dòng)力參數(shù)信息，建立了立管在順流方向的渦激振動(dòng)幅值響應(yīng)預(yù)報(bào)模型，推薦了一個(gè)適合工程應(yīng)用的頻域疲勞損傷度合成方法�；诒疚哪Ｐ偷念A(yù)報(bào)結(jié)果與國(guó)外兩個(gè)知名實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果對(duì)比，吻合程度良好。 3.針對(duì)流速分布剪切度、立管內(nèi)部流體密度、頂部預(yù)張力、外直徑尺寸和立管材料屬性等五個(gè)方面的影響因素，文中給出了橫流和順流向渦激振動(dòng)響應(yīng)幅值以及疲勞損傷的參數(shù)敏感性分析。結(jié)果表明，流速分布的剪切度對(duì)疲勞損傷影響顯著，實(shí)際工程應(yīng)用中，流速的準(zhǔn)確測(cè)量是預(yù)報(bào)渦激振動(dòng)疲勞損傷的基礎(chǔ)。此外，張力分布直接影響立管的軸向剛度，合理的選取頂部預(yù)張力，能夠有效降低渦激振動(dòng)帶來(lái)的疲勞損傷。文中最后改變立管材料屬性進(jìn)行了對(duì)應(yīng)的疲勞損傷預(yù)報(bào)，對(duì)比了響應(yīng)幅值、應(yīng)力及疲勞損傷的變化情況，可以為其他材料立管設(shè)計(jì)提供參考。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：P756.2;TE973.92

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本文編號(hào)：2661095