隨著海洋油氣開發(fā)從淺海向深海轉(zhuǎn)變,海洋立管的安全問題日益突出,極大地制約了深海油氣開發(fā)工作的進一步發(fā)展。處在復雜深海環(huán)境中的立管,受到波浪、海流和風等環(huán)境載荷的作用。當這些外激勵力頻率和立管固有頻率接近時,立管會發(fā)生耦合共振,共振會加劇立管的疲勞破壞,致使立管失效。立管一旦發(fā)生損壞,不僅會造成嚴重的經(jīng)濟損失,還可能由于管道中油氣泄露引起其他次生災難。因此,必須加快對海洋立管動力特性及振動等方面的研究,以便更好的為我國深海油氣開發(fā)提供技術保障。利用輸流管道流固耦合振動的研究方法,對波流聯(lián)合作用下的海洋立管進行動力特性分析。根據(jù)Hamilton能量原理推導出立管耦合振動方程,通過Hermit插值函數(shù)法對偏微分方程進行離散,并采用MATLAB軟件編制程序求解振動方程,得到立管的自振頻率。基于CFD數(shù)值模擬技術,對海洋立管流固耦合振動進行了數(shù)值模擬。運用ANSYS-CFX分析立管耦合振動的動力特性,得到了立管前六階模態(tài)振型和固有頻率。將數(shù)值模擬得到的固有頻率與理論分析結果進行對比,驗證了立管耦合振動模型的正確性。最后研究了管內(nèi)流體流速、立管管長、管壁容差及連接方式等因素對立管動力特性的影響,并... 

【文章來源】：蘭州理工大學甘肅省

【文章頁數(shù)】：59 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
目錄
摘要
Abstract
插圖索引
附表索引
第1章 緒論
    1.1 課題的研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 海洋立管渦激振動分析
        1.2.2 海洋立管動力響應分析
        1.2.3 海洋立管振動特性研究
    1.3 論文研究的基本思路及研究內(nèi)容
        1.3.1 論文研究的基本思路及技術路線
        1.3.2 論文研究的基本內(nèi)容
第2章 海洋立管環(huán)境載荷及計算
    2.1 波浪載荷
        2.1.1 波浪要素的選取
        2.1.2 波浪理論
        2.1.3 波浪力的計算
    2.2 海流載荷
    2.3 本章小結
第3章 海洋立管流固耦合動力特性理論分析
    3.1 海洋立管耦合振動方程的理論基礎
        3.1.1 振動方程的建立方法
        3.1.2 基本假設
        3.1.3 海洋立管耦合模型
    3.2 海洋立管耦合振動方程建立
        3.2.1 立管系統(tǒng)動能
        3.2.2 立管系統(tǒng)勢能
        3.2.3 立管系統(tǒng)非保守力做功
        3.2.4 海洋立管流固耦合振動方程
    3.3 海洋立管耦合振動方程的離散
    3.4 本章小結
第4章 海洋立管流固耦合動力特性數(shù)值模擬
    4.1 ANSYS-CFX流固耦合數(shù)值模擬技術
        4.1.1 單向流固耦合分析
        4.1.2 雙向流固耦合分析
    4.2 相關參數(shù)的選取與計算
        4.2.1 立管基本參數(shù)選取
        4.2.2 波流參數(shù)的計算與選取
        4.2.3 內(nèi)流參數(shù)的計算與選取
        4.2.4 其他參數(shù)的選取
    4.3 理論求解
    4.4 數(shù)值模擬
    4.5 對立管固有頻率敏感因素分析
        4.5.1 管內(nèi)流速對立管固有頻率的影響
        4.5.2 立管連接方式對立管固有頻率的影響
        4.5.3 管壁容差對立管固有頻率的影響
        4.5.4 立管管長對立管固有頻率的影響
    4.6 本章小結
結論與展望
參考文獻
致謝
附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文


【參考文獻】：
期刊論文
[1]考慮浮體升沉及張緊環(huán)運動深海立管固有振動特性研究[J]. 邵衛(wèi)東,唐友剛,樊娟娟,張若瑜.  海洋工程. 2012(02)
[2]考慮溫度應力下深海輸油立管動力特性及響應研究[J]. 婁敏,孫欣杰,余承龍.  海洋工程. 2012(02)
[3]自由站立式立管總體強度及敏感性參數(shù)分析[J]. 康莊,李輝,孫麗萍,沙勇,馮瑋.  船舶工程. 2011(05)
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[6]流固耦合作用下埋地管道的振動分析[J]. 郝婷玥,陳貴清.  四川建筑科學研究. 2011(03)
[7]淺析海洋鉆井平臺技術的發(fā)展方向[J]. 馬生居.  企業(yè)研究. 2011(04)
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博士論文
[1]頂張力立管動力響應數(shù)值模擬及其疲勞壽命預測[D]. 李效民.中國海洋大學 2010
[2]海洋輸流立管渦激振動試驗研究及數(shù)值模擬[D]. 婁敏.中國海洋大學 2007

碩士論文
[1]內(nèi)波、海流與波浪中深海立管動力特性研究[D]. 蔣武杰.上海交通大學 2012
[2]深水隔水管的振動特性研究[D]. 華玉棟.中國石油大學 2010
[3]波流作用下立管的非線性動力響應分析[D]. 朱為全.中國石油大學 2009
[4]海洋立管風險評價與安全措施研究[D]. 宋青武.天津大學 2009
[5]高溫高壓條件下海洋立管的動態(tài)極值響應研究[D]. 趙麗剛.哈爾濱工程大學 2006
[6]海洋立管在非線性波浪載荷下的極值響應研究[D]. 鄧合霞.哈爾濱工程大學 2006
[7]大尺度深水立管非線性振動特性研究[D]. 李凌.天津大學 2004



本文編號：3317126