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《大连理工大学》 2011年
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基于触地点管土相互作用的深水SCR安装力学模型研究

王懿  
【摘要】:随着我国进入深水油气资源实质性开发阶段,深水钢质悬链线立管(Steel Cantenary Riser,简称SCR)作为深水油气资源开发的重要装备,其安装技术的研究受到越来越多的重视。本文依托国家863“深水海底管道铺设技术”课题,在获得深水SCR安装力学模型近似解析表达式的基础上,通过开展管土相互作用试验研究,提出了管土相互作用力预测模型,进而对考虑触地点(Touch Down Point,简称TDP)管土相互作用的深水SCR安装力学模型进行了研究。最后,采用混合模型试验方法开展了深水SCR安装过程模型试验研究。 本文的主要创新成果归纳如下: (1)深水SCR在安装过程中的形态控制对于立管的安全至关重要,本文针对小变形梁理论和悬链线理论在深水SCR安装分析中对悬垂段模拟的局限性,提出了基于大变形梁理论的深水SCR非线性力学模型,实现了对深水SCR安装的精确模拟,并采用同伦分析法获得了该力学模型的近似解析表达式,为开展深水SCR安装计算分析提供了一种简单易行的方法。 (2)深水SCR与海底土壤之间存在复杂的非线性相互作用,使得如何准确掌握TDP区域管土相互作用成为一个难点。本文建立了一套简便易行的管土相互作用试验系统,避免了原型试验耗资巨大且难以观测等问题。在分别对垂向和侧向管土非线性相互作用进行试验研究的基础上,本文提出了软粘土条件下新的骨干曲线和吸附力预测模型,其增加了立管运动速度因素的影响,对TDP区域管土相互作用的精确模拟具有重要意义。 (3)针对线性弹簧模拟和刚性海床模拟难以满足精确模拟管土相互作用的要求,结合本文提出的管土作用模型,建立了考虑TDP区域管土相互作用的深水SCR安装力学模型,并基于此模型分析了安装过程中土壤性质的变化对深水SCR形态和弯矩的影响。 (4)针对深水SCR安装模型试验中所面临的缩尺比选择及立管模型加工问题,提出了深水SCR安装主动式截断混合试验方法,并研制了深水SCR安装模拟试验系统。通过试验研究,验证了该试验方法的准确性。本研究成果为深水SCR安装试验研究提供了一种新的思路。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P756.2

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