深海頂張力立管在多頻參數(shù)激勵下的穩(wěn)定性分析和可靠性評估.pdf

1、頂張力立管作為海洋油氣開發(fā)的重要設備，其穩(wěn)定性尤為重要。參數(shù)激勵的不穩(wěn)定性是實際立管面臨的一大挑戰(zhàn)，一旦被激發(fā)將使立管極度不穩(wěn)定，影響海洋油氣開發(fā)的正常開展，嚴重時將帶來重大經(jīng)濟損失和環(huán)境污染。
　　有效預測此立管穩(wěn)定性，并指導工程設計是避免災難發(fā)生的關鍵。當前研究預測參量激勵的不穩(wěn)定性大都基于規(guī)則波進行探討，即假定實際參數(shù)激勵為單頻諧波激勵。然而，實際海洋環(huán)境具有很大隨機性，波浪對于海洋平臺的激勵是多頻疊加的隨機載荷，導致立管中

2、張力隨機性波動，因此以單頻激勵預測張力波動形態(tài)不符合實際，其預測結果的準確性會受到很大影響。
　　與此同時，由于海洋環(huán)境即波浪和洋流作用力的隨機性，以及立管本身的結構尺寸和材料特性存在的隨機性，立管的參量穩(wěn)定性設計存在很大的不確定性，而傳統(tǒng)方法大都基于確定性參數(shù)進行研究，因此其預測得到的穩(wěn)定性受到現(xiàn)實隨機性的嚴峻挑戰(zhàn)。
　　此外，工作于隨機海洋環(huán)境下的頂張力既受到海洋表面波浪力作用又受到洋流繞流立管產(chǎn)生周期性渦激勵力作用，僅

3、考慮前者作用將導致參量共振，僅考慮后者作用將導致渦激振動。而實際海洋環(huán)境下，立管可能同時受到兩種周期性作用而使立管不穩(wěn)定，因此有必要考慮周期性波浪和渦同時作用下立管的動力穩(wěn)定性。
　　為解決以上問題，本文從以下三個方面展開，對頂張力立管在隨機海洋環(huán)境下的穩(wěn)定性進行深入研究:
　　1.基于線性波浪理論和P-M海浪譜，預測實際海洋環(huán)境中的波浪載荷得到多頻參數(shù)激勵，推導多頻激勵下立管的參量穩(wěn)定性Hill方程，運用Bubnov–Ga

4、lerkin法求解相應方程得到Hill穩(wěn)定性圖。探討多頻激勵預測立管系統(tǒng)參量穩(wěn)定性特點，對比多頻激勵產(chǎn)生的Hill穩(wěn)定性圖和傳統(tǒng)采用單頻激勵產(chǎn)生Mathieu穩(wěn)定性圖，分析傳統(tǒng)方法研究存在的不足?；贖ill穩(wěn)定性圖預測實際海洋環(huán)境下立管的參量穩(wěn)定性，并提出抑制或消除不穩(wěn)定性的方法。
　　2.考慮海洋環(huán)境、結構設計和材料特性存在的不確定性，對影響立管參量穩(wěn)定性的隨機性因素進行敏感性分析，確定對參量穩(wěn)定性影響較大的關鍵因素。建立代理

5、模型模擬不確定因子和輸出響應之間的關系,以及進行隨后的可靠性分析。計算在關鍵因素影響下立管參量穩(wěn)定的可靠度，并分析每個因素對可靠度影響的規(guī)律。結合可靠性分析，提出抑制和消除不穩(wěn)定性的方法。
　　3.考慮參數(shù)和渦同時作用于頂張力立管，推導相應的動力學方程，并計算其動力響應，比較其與參量共振和渦激振動之間的差異。在參數(shù)和渦共同激勵作用下，深入分析各相關變量對立管動力穩(wěn)定性的影響。分別分析渦和參數(shù)激勵對共同激勵不穩(wěn)定性的影響規(guī)律。討論減