隔水管是深水鉆井過程中的薄弱環(huán)節(jié),其橫向振動(dòng)可能引起偏磨、塌陷、斷裂等多種失效形式,研究深水隔水管的橫向振動(dòng)特性,可為深水鉆井參數(shù)選擇和鉆完井施工設(shè)計(jì)提供理論依據(jù),提高隔水管的安全可靠性.將深水隔水管簡(jiǎn)化成Euler-Bernoulli梁,引入大變形應(yīng)變-位移方程和彈簧邊界條件,利用Hamilton原理建立了波流耦合作用下深水隔水管的運(yùn)動(dòng)模型,得到了作業(yè)工況時(shí)隔水管橫向振動(dòng)的非線性動(dòng)力學(xué)方程,Galerkin離散后,通過數(shù)值分析方法研究了深水隔水管的振動(dòng)穩(wěn)定性機(jī)理.分析結(jié)果表明,系統(tǒng)的主共振存在多值和跳躍現(xiàn)象,隨著隔水管直徑與壁厚之間比值D/τ的增大,系統(tǒng)頻響振幅逐漸增大;波浪高度與波浪周期比值H/T增大,幅頻響應(yīng)的帶寬逐漸增加,不穩(wěn)定區(qū)域逐漸增大;隔水管長(zhǎng)度與波浪有效高度的比值l/H會(huì)使主共振跳躍幅值明顯增大.波浪周期從3～10s變化時(shí),深水隔水管系統(tǒng)經(jīng)歷著周期運(yùn)動(dòng)與混沌運(yùn)動(dòng)的交替變化,存在倍周期窗口并具有明顯的分叉現(xiàn)象. 

【文章來源】：動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)報(bào). 2019,17(02)

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

深水隔水管及浮式平臺(tái)Fig．1Deepwaterriserconnectedwithfloatingplatform建模過程中基于以下假設(shè):(1)假設(shè)海浪和海

動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)報(bào)2019年第17卷～3%之間，所以，可通過對(duì)鉸支端取矩來預(yù)估k值，k=∫l0Fz(x)·xdx1%·h·l(20)通過數(shù)值方法得出k=1．55×105N/m，此時(shí)隔水管系統(tǒng)的前三階固有頻率為0．124Hz、0．248Hz、0．372Hz．k值越大，該模型的固有頻率越接近于兩端簡(jiǎn)支模型的橫向彎曲振動(dòng)頻率，k值越小，隔水管的頂端越接近于自由端．圖3不同D/τ下的幅頻響應(yīng)曲線Fig．3Curveofamplitude-frequencyresponseunderdifferentD/τ圖4不同H/T下的幅頻響應(yīng)曲線Fig．4Curveofamplitude-frequencyresponseunderdifferentH/T圖3所示的幅頻響應(yīng)曲線表明，在波流耦合作用下，深水隔水管的橫向振動(dòng)響應(yīng)幅值存在明顯的跳躍現(xiàn)象:當(dāng)外激勵(lì)頻率接近系統(tǒng)固有頻率時(shí)，由于共振導(dǎo)致響應(yīng)幅值增大;當(dāng)外激勵(lì)頻率遠(yuǎn)離系統(tǒng)固有頻率時(shí)，同一激勵(lì)頻率對(duì)應(yīng)多個(gè)響應(yīng)振幅，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有不穩(wěn)定性．隨著隔水管直徑與壁厚之間比值D/τ的增大，系統(tǒng)頻響振幅逐漸增大．圖4給出的曲線表明了在不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)多解和跳躍現(xiàn)象，系統(tǒng)表現(xiàn)出硬彈簧特性，隨著波浪高度與波浪周期比值H/T的增大，幅頻響應(yīng)的帶寬逐漸增加，不穩(wěn)定區(qū)域逐漸增大．圖5不同l/H下的幅頻響應(yīng)曲線Fig．5Curveofamplitude-frequencyresponseunderdifferentl/H圖5顯示了隔水管長(zhǎng)度與波浪有效高度的比值對(duì)幅頻響應(yīng)曲線的影響，隨著l/H比值的增大，幅值跳躍明顯增強(qiáng)．針對(duì)一階離散后的運(yùn)動(dòng)控制方程(13)，運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行數(shù)值模擬．采用ODE45算法(四階-五階Ｒunge-Kutta法)，選取一組初始參數(shù)，研究隔水管系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)行為．圖6周期與分叉Fig

動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)報(bào)2019年第17卷～3%之間，所以，可通過對(duì)鉸支端取矩來預(yù)估k值，k=∫l0Fz(x)·xdx1%·h·l(20)通過數(shù)值方法得出k=1．55×105N/m，此時(shí)隔水管系統(tǒng)的前三階固有頻率為0．124Hz、0．248Hz、0．372Hz．k值越大，該模型的固有頻率越接近于兩端簡(jiǎn)支模型的橫向彎曲振動(dòng)頻率，k值越小，隔水管的頂端越接近于自由端．圖3不同D/τ下的幅頻響應(yīng)曲線Fig．3Curveofamplitude-frequencyresponseunderdifferentD/τ圖4不同H/T下的幅頻響應(yīng)曲線Fig．4Curveofamplitude-frequencyresponseunderdifferentH/T圖3所示的幅頻響應(yīng)曲線表明，在波流耦合作用下，深水隔水管的橫向振動(dòng)響應(yīng)幅值存在明顯的跳躍現(xiàn)象:當(dāng)外激勵(lì)頻率接近系統(tǒng)固有頻率時(shí)，由于共振導(dǎo)致響應(yīng)幅值增大;當(dāng)外激勵(lì)頻率遠(yuǎn)離系統(tǒng)固有頻率時(shí)，同一激勵(lì)頻率對(duì)應(yīng)多個(gè)響應(yīng)振幅，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有不穩(wěn)定性．隨著隔水管直徑與壁厚之間比值D/τ的增大，系統(tǒng)頻響振幅逐漸增大．圖4給出的曲線表明了在不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)多解和跳躍現(xiàn)象，系統(tǒng)表現(xiàn)出硬彈簧特性，隨著波浪高度與波浪周期比值H/T的增大，幅頻響應(yīng)的帶寬逐漸增加，不穩(wěn)定區(qū)域逐漸增大．圖5不同l/H下的幅頻響應(yīng)曲線Fig．5Curveofamplitude-frequencyresponseunderdifferentl/H圖5顯示了隔水管長(zhǎng)度與波浪有效高度的比值對(duì)幅頻響應(yīng)曲線的影響，隨著l/H比值的增大，幅值跳躍明顯增強(qiáng)．針對(duì)一階離散后的運(yùn)動(dòng)控制方程(13)，運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行數(shù)值模擬．采用ODE45算法(四階-五階Ｒunge-Kutta法)，選取一組初始參數(shù)，研究隔水管系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)行為．圖6周期與分叉Fig

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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