深水鋪設(shè)環(huán)境下托管架結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問題研究.pdf

1、隨著陸上資源的枯竭，海洋石油開采逐漸成為國(guó)際上研究的熱點(diǎn)。近10年來，全球新發(fā)現(xiàn)的油氣田60％在海上，并且正在開采的油氣田50％也在海上，由此可見海洋資源的豐富，并且這些資源大多都在深海。深海油氣開采的難度非常大，屬于高投資、高技術(shù)、高風(fēng)險(xiǎn)的開發(fā)模式，其中海底管道鋪設(shè)技術(shù)就是深海油氣開采的一個(gè)急需突破的重要環(huán)節(jié)。海底管道鋪設(shè)的核心裝備是托管架，只有將托管架的能力提升上去，才能從突破深海管道鋪設(shè)的瓶頸。我國(guó)在2012年建造了具有自主知識(shí)產(chǎn)

2、權(quán)的海洋石油201鋪管船，使我國(guó)的深海管道鋪設(shè)技術(shù)得到了很大的提升，但是隨著鋪設(shè)水深的增加，該裝備也暴露出了一些技術(shù)上的不足。
　　本文的目的是針對(duì)用于超深水大口徑管道鋪設(shè)的托管架在使用過程中出現(xiàn)的問題，提出了設(shè)計(jì)上的不足。
　　首先對(duì)船體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了總結(jié)，闡述了船體運(yùn)動(dòng)在時(shí)域和頻域上的計(jì)算方法，并介紹了船體運(yùn)動(dòng)的計(jì)算軟件—aqwa和試驗(yàn)方法;對(duì)本文應(yīng)用的船體數(shù)據(jù)進(jìn)行了介紹，并通過譜估計(jì)函數(shù)對(duì)船體運(yùn)動(dòng)的功率譜密度進(jìn)行了計(jì)算，

3、得到了船體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
　　其次對(duì)托管架在不同工況下的動(dòng)力特性進(jìn)行了分析，通過分析發(fā)現(xiàn)托管架在使用過程中，由于管道對(duì)托管架剛度矩陣和質(zhì)量矩陣的影響，會(huì)影響托管架的自振頻率，在淺水時(shí)這一影響不是很大，但是隨著鋪設(shè)水深和鋪設(shè)管徑的增加，這一影響對(duì)托管架的自振頻率改變比較大，甚至已經(jīng)接近船體運(yùn)動(dòng)的頻率帶。由此提出了在超深水、大口徑管道鋪設(shè)環(huán)境下的托管架在設(shè)計(jì)中存在的問題。
　　然后對(duì)虛擬激勵(lì)法的計(jì)算原理進(jìn)行了介紹，并對(duì)船體-托管架

4、建立了虛擬的動(dòng)力學(xué)方程，根據(jù)虛擬激勵(lì)的特點(diǎn)，將虛擬激勵(lì)變?yōu)橹C響應(yīng)分析，并利用有限元軟件對(duì)其進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。
　　最后，托管架-鋪管船-管道三者是相互耦合的關(guān)系，本文將三者進(jìn)行解耦，用質(zhì)量點(diǎn)代替管道模擬管道對(duì)托管架的慣性作用，將由水池試驗(yàn)的得到的船體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)作為托管架的邊界條件，模擬船體運(yùn)動(dòng)對(duì)托管架的影響。在通用有限元軟件上實(shí)現(xiàn)了虛擬激勵(lì)法，并用該方法求得了托管架熱點(diǎn)位置的自功率譜密度函數(shù)，運(yùn)用Dirlik方法計(jì)算了托管架熱點(diǎn)應(yīng)力的概率