深海頂張式立管渦激振動疲勞可靠性與安全系數(shù)研究.pdf

1、近年來,伴隨著全球?qū)κ吞烊粴饽茉吹男枨蠹眲≡鲩L,近海及陸地油氣資源日趨減少,能源資源的開發(fā)必然走向深海區(qū)域。作為深海油氣開發(fā)必不可少的重要設(shè)備,處于深海環(huán)境下的立管結(jié)構(gòu),由于長徑比大,固有頻率較低,易發(fā)生復(fù)雜的非線性流固耦合振動。當(dāng)漩渦脫落頻率與立管振動頻率“鎖定”時,結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)明顯增大,導(dǎo)致立管疲勞損傷破壞加劇。立管損壞不僅會造成巨大的經(jīng)濟損失,還會由于油氣的泄露造成海洋環(huán)境污染。
　　鑒于上述原因,在立管設(shè)計階段通常較為

2、保守,安全冗余度一般采用疲勞安全系數(shù)控制。海洋立管等構(gòu)件的疲勞安全系數(shù)取值大多源于以往工程經(jīng)驗,尚未形成統(tǒng)一標準,而疲勞安全系數(shù)對結(jié)構(gòu)冗余度以及經(jīng)濟性有較大影響。因此,有必要基于結(jié)構(gòu)可靠性分析方法對深海立管渦激振動疲勞可靠性進行分析,并針對疲勞安全系數(shù)開展研究工作,確定其合理的安全水平。本文開展了以下研究工作:
　　(1)基于圓柱體受迫振蕩試驗數(shù)據(jù)和能量平衡原理,建立深海立管橫流和順流方向渦激振動疲勞損傷預(yù)報程序,為本文后續(xù)的立管

3、渦激振動疲勞可靠性研究提供了基礎(chǔ)。
　　(2)引入載荷不確定量,并根據(jù)流體升力系數(shù)和流體阻尼系數(shù)的隨機特性,分別計算了立管橫流和順流方向渦激振動載荷不確定量的變化規(guī)律,為后續(xù)立管渦激振動疲勞可靠性分析提供合理的參數(shù)輸入。
　　(3)以頂張式生產(chǎn)立管和鉆井立管為例,考慮環(huán)境、結(jié)構(gòu)等隨機變量的不確定性,將立管渦激振動各主要參數(shù)隨機化,分別計算并對比了橫流和順流方向立管的渦激振動疲勞可靠性,應(yīng)用響應(yīng)面法建立了渦激振動疲勞安全系數(shù)與