【摘要】：立管是連接水面浮式裝置和海底井口設備的導管,是海洋工程結構重要的組成部分之一,也是薄弱易損的構件之一。由于立管所受環(huán)境載荷相當復雜,其振動響應一直是海洋石油工程領域的研究熱點。深海平臺立管所處的水深達1500米以上,環(huán)境載荷狀況更為復雜。目前,國內對淺海立管的理論研究已相對成熟,但對深海立管的研究工作還處于起步階段。 本文總結了參激振動基本理論以及馬蒂厄方程和不穩(wěn)定域的推導過程,討論了立管只受頂端平臺升沉激勵引起的純參激振動,揭示了立管參激共振機理。改變立管和海洋環(huán)境參數,研究參數不穩(wěn)定性區(qū)域與設計參數之間的關系,確定控制深海立管參激共振發(fā)生的關鍵參數�？紤]波流引起的橫向載荷,用有限元法分析了立管在參數激勵和橫向波流力作用下的振動特性。最后研究了參激振動和渦激振動共同作用下立管的振動特性。 研究表明,當平臺升沉頻率等于立管固有頻率的2倍時發(fā)生一階參激共振,對應的主參激不穩(wěn)定區(qū)是立管參激不穩(wěn)定區(qū)最重要的部分。高階不穩(wěn)定區(qū)因阻尼的存在而迅速上移,它們對立管參激穩(wěn)定性影響非常小。設計立管總的宗旨是,通過調節(jié)立管參數,使立管頻率避開能量集中的周期為4~12s的波浪;參數激勵的存在對立管流向振動影響不大,水深是控制立管壽命的重要參數;立管的參激-渦激耦合振動中,參數激勵的存在使振動幅值增大。當參激頻率等于立管一階固有頻率的二倍時,立管振動響應最大。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：P756.2
【圖文】：

(a)頂張緊立管 (b) 鋼懸鏈線立管圖 1-1 立管結構形式圖立管是一種容易使人誤解的結構，表面上似乎很簡單，但實際上立管內部有的油氣通過，外部有復雜的波流等環(huán)境荷載作用，頂部還受平臺運動作用立管所處海洋環(huán)境相當復雜，影響因素較多，立管會發(fā)生碰撞、波頻振動振動、參激振動，這些都能引起疲勞損傷和斷裂失效，不僅給工程本身帶來經濟損失，而且還會對自然環(huán)境造成嚴重的次生災害[4]。近幾年來，隨著海洋事業(yè)的發(fā)展，從事海洋工程水動力研究的學者也日益增

文 究尚處于起步階段。力立管示意圖，立管下端通過萬向節(jié)與海底井口設與平臺或鉆井船底部連接。在實際海況下，浮式系統(tǒng)立管頂端一個位移時程響應，引起立管軸向力隨浮蕩運動導致立管的軸向應力隨時間變化而變化，這振動，也就是立管的參激振動。參激振動可以引起平參數共振。參數共振會導致立管振動幅值過大，產生經濟損失甚至人員傷亡。

文主要研究內容海立管的參激振動具有很強的非線性，主要表現在三個方面：一是長徑比 L/D 引起的幾何非線性；二是由非線性拖曳力引起的水動力是頂端運動邊界條件的非線性。對深海立管系統(tǒng)而言，非線性特析誤差較大，已經不再適用，而時域分析優(yōu)勢顯著。時域分析可計響應，比較容易考慮各種非線性因素，通過計算可以得出立管位力應變的時間歷程，在此基礎上便于進一步分析立管的疲勞特性海立管的長徑比達 104，如此大的比值會導致立管的各階模態(tài)頻率此發(fā)生參激不穩(wěn)定的區(qū)域將是一組頻率軸上緊密連續(xù)的區(qū)間，如果頂端激勵落入了不穩(wěn)定區(qū)域（圖 1-3 中陰影區(qū)），將導致立管發(fā)振發(fā)生后結構會發(fā)生參激不穩(wěn)定現象，在波流力擾動下立管振動以及混沌狀態(tài)。當立管振動強度達到一定程度并持續(xù)較長一段將遭到嚴重破壞。

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本文編號：2756627