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钢悬链立管的涡激振动与疲劳分析

徐刚  
【摘要】:随着陆地和海洋浅水区石油、天然气的日益枯竭,油气开采的趋势不断的向深海方向深入。现如今钢悬链立管(Steel Catenary Riser,SCR)逐渐成为深海油气开发工程中首选的生产立管形式,而海洋环境复杂,容易使SCR产生疲劳破坏,在SCR的疲劳损伤因素中海流导致的立管涡激振动占有重要的比例。本论文重点分析了涡激振动导致的立管疲劳损伤,主要内容如下:(1)基于梁单元理论编写了SCR的静力分析程序,对钢悬链立管的静力敏感性参数进行了分析,讨论了不同流速、平台静偏移量对管线形态及受力情况的影响,为管线的设计分析提供参考依据。(2)对SCR进行了模态分析,计算了立管的振型及固有频率,并分析了立管壁厚、立管外径、设计悬挂角及海流速度对SCR固有频率的影响。(3)以模态分析的结果为基础,采用模态叠加法计算了SCR的横向涡激振响应,重点分析了立管壁厚、立管外径、设计悬挂角及海流速度对立管涡激振动疲劳损伤的影响,得到了一些有参考价值的结果。(4)将半经验模型——尾流振子模型的计算结果与试验进行对比,讨论了模型的正确性。将尾流模型加载到SCR上,结合P-y曲线计算了考虑非线性海床的立管涡激振动时域响应。


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