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深水立管碰撞的数值模拟研究

阎岩  
【摘要】: 伴随着半潜式平台、张力腿平台(TLP)以及单立柱式平台(SPAR)等浮式海洋平台在深水油气开发中的广泛应用,顶张紧式立管(TTR)和钢悬链线立管(SCR)已广泛应用于深水油气钻采工程中。在极端海况下,顶部浮体运动、波浪和海流的联合作用,可能会导致相邻的立管发生碰撞,从而影响立管的极限承载能力,甚至破坏结构的完整性。 本文基于国家863子课题“深水立管工程设计关键技术研究”,分别对TTR、SCR在极端海况下的碰撞行为进行研究,研究了深水立管碰撞的机理,针对两种典型深水立管进行整体碰撞及局部碰撞的数值模拟研究;从碰撞形态、变形形式和能量吸收方式等方面研究了深水立管的碰撞行为。 本文基于立管的碰撞机理,应用OrcaFlex软件分别建立了TTR和SCR的整体模型,进行数值模拟计算,得到立管碰撞发生的位置、次数、速度、角度、碰撞力时程和应力时程等信息,重点研究了TTR的相关参数(立管间距、顶张力、海流、顶部浮体运动)和SCR的相关参数(立管间距、悬挂角度、柔性接头刚度、土壤摩擦系数、海流、顶部浮体运动)对立管碰撞的影响。在整体碰撞研究的基础上,应用ABAQUS软件对立管的碰撞行为进行了细化模型研究,通过设置碰撞前的弯曲变形状态和后续动态碰撞两个分析过程,模拟了立管完整的碰撞过程;在局部细化模型中,采用碰撞参与长度公式确定了细化模型中立管碰撞的接触区域,并重点分析了立管碰撞前弯曲变形对碰撞结果的影响;针对局部碰撞模型,得到了不同碰撞角度下立管的碰撞力、应力峰值和横截面变形等碰撞响应,为立管防撞设计及防撞措施的研究提供了依据和参考。


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