深海氣液混輸立管渦激振動及疲勞損傷分析.pdf

1、深海氣液混輸立管處于復(fù)雜的深海環(huán)境中，受到波浪、海流等環(huán)境載荷和立管頂端張緊力、自重和浮力等載荷共同作用，其力學(xué)性能分析較為復(fù)雜。當海流經(jīng)過立管(細長結(jié)構(gòu)物)時，會在兩側(cè)產(chǎn)生漩渦。當漩渦的釋放頻率與立管本身的固有頻率接近時，立管會發(fā)生耦合共振，其振動幅值急劇加大。長此以往，立管會發(fā)生疲勞損傷，危害石油平臺的生產(chǎn)安全。
　　本文先介紹了立管力學(xué)性能分析時使用的線性波浪理論、斯托克斯波浪理論和Morison方程。選取合適的波浪理論和流

2、體動力學(xué)系數(shù)，計算Morison方程可得到立管單位高度的波浪力。得到立管的載荷后，可通過直接積分法對立管的運動控制方程求解，分析立管的響應(yīng)特性。
　　應(yīng)用ABAQUS有限元分析軟件比較、分析了立管在不同的邊界條件下的立管模態(tài)響應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，分析了立管的環(huán)境變量和自身物理參數(shù)對立管固有頻率的影響。立管的干模態(tài)和濕模態(tài)在階數(shù)較低時，兩者的頻率相差較大；不過隨著模態(tài)數(shù)的增加，其差距越來越小。立管的固有頻率隨著立管長度、壁厚和外徑的增大

3、而減少，隨著頂張力的增大而增大。
　　在第三類邊界條件的基礎(chǔ)上，通過改變海流流速，研究了立管的“失諧”和“鎖定”現(xiàn)象。在ABAQUS的分析基礎(chǔ)上，通過FLUENT研究了立管的圓柱繞流現(xiàn)象。并比較立管在裸管和帶螺旋側(cè)板兩種方式下的立管振動特性，結(jié)果表明安裝螺旋側(cè)板后，立管臨界流速變大，在一定程度上抑制立管的渦激振動。
　　最后，根據(jù)ABAQUS動力分析中得到的應(yīng)力時程曲線，判斷立管是否處于安全狀態(tài)。通過雨流計數(shù)法和不同S-N曲