【摘要】：立管是連接水面浮式裝置和海底井口設(shè)備的導(dǎo)管,是海洋工程結(jié)構(gòu)重要的組成部分之一,也是薄弱易損的構(gòu)件之一。由于立管所受環(huán)境載荷相當(dāng)復(fù)雜,其振動(dòng)響應(yīng)一直是海洋石油工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。深海平臺(tái)立管所處的水深達(dá)1500米以上,環(huán)境載荷狀況更為復(fù)雜。目前,國(guó)內(nèi)對(duì)淺海立管的理論研究已相對(duì)成熟,但對(duì)深海立管的研究工作還處于起步階段。 本文總結(jié)了參激振動(dòng)基本理論以及馬蒂厄方程和不穩(wěn)定域的推導(dǎo)過(guò)程,討論了立管只受頂端平臺(tái)升沉激勵(lì)引起的純參激振動(dòng),揭示了立管參激共振機(jī)理。改變立管和海洋環(huán)境參數(shù),研究參數(shù)不穩(wěn)定性區(qū)域與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的關(guān)系,確定控制深海立管參激共振發(fā)生的關(guān)鍵參數(shù)�？紤]波流引起的橫向載荷,用有限元法分析了立管在參數(shù)激勵(lì)和橫向波流力作用下的振動(dòng)特性。最后研究了參激振動(dòng)和渦激振動(dòng)共同作用下立管的振動(dòng)特性。 研究表明,當(dāng)平臺(tái)升沉頻率等于立管固有頻率的2倍時(shí)發(fā)生一階參激共振,對(duì)應(yīng)的主參激不穩(wěn)定區(qū)是立管參激不穩(wěn)定區(qū)最重要的部分。高階不穩(wěn)定區(qū)因阻尼的存在而迅速上移,它們對(duì)立管參激穩(wěn)定性影響非常小。設(shè)計(jì)立管總的宗旨是,通過(guò)調(diào)節(jié)立管參數(shù),使立管頻率避開能量集中的周期為4~12s的波浪;參數(shù)激勵(lì)的存在對(duì)立管流向振動(dòng)影響不大,水深是控制立管壽命的重要參數(shù);立管的參激-渦激耦合振動(dòng)中,參數(shù)激勵(lì)的存在使振動(dòng)幅值增大。當(dāng)參激頻率等于立管一階固有頻率的二倍時(shí),立管振動(dòng)響應(yīng)最大。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：P756.2
【圖文】：

(a)頂張緊立管 (b) 鋼懸鏈線立管圖 1-1 立管結(jié)構(gòu)形式圖立管是一種容易使人誤解的結(jié)構(gòu)，表面上似乎很簡(jiǎn)單，但實(shí)際上立管內(nèi)部有的油氣通過(guò)，外部有復(fù)雜的波流等環(huán)境荷載作用，頂部還受平臺(tái)運(yùn)動(dòng)作用立管所處海洋環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，影響因素較多，立管會(huì)發(fā)生碰撞、波頻振動(dòng)振動(dòng)、參激振動(dòng)，這些都能引起疲勞損傷和斷裂失效，不僅給工程本身帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，而且還會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成嚴(yán)重的次生災(zāi)害[4]。近幾年來(lái)，隨著海洋事業(yè)的發(fā)展，從事海洋工程水動(dòng)力研究的學(xué)者也日益增

文 究尚處于起步階段。力立管示意圖，立管下端通過(guò)萬(wàn)向節(jié)與海底井口設(shè)與平臺(tái)或鉆井船底部連接。在實(shí)際海況下，浮式系統(tǒng)立管頂端一個(gè)位移時(shí)程響應(yīng)，引起立管軸向力隨浮蕩運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致立管的軸向應(yīng)力隨時(shí)間變化而變化，這振動(dòng)，也就是立管的參激振動(dòng)。參激振動(dòng)可以引起平參數(shù)共振。參數(shù)共振會(huì)導(dǎo)致立管振動(dòng)幅值過(guò)大，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。

文主要研究?jī)?nèi)容海立管的參激振動(dòng)具有很強(qiáng)的非線性，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：一是長(zhǎng)徑比 L/D 引起的幾何非線性；二是由非線性拖曳力引起的水動(dòng)力是頂端運(yùn)動(dòng)邊界條件的非線性。對(duì)深海立管系統(tǒng)而言，非線性特析誤差較大，已經(jīng)不再適用，而時(shí)域分析優(yōu)勢(shì)顯著。時(shí)域分析可計(jì)響應(yīng)，比較容易考慮各種非線性因素，通過(guò)計(jì)算可以得出立管位力應(yīng)變的時(shí)間歷程，在此基礎(chǔ)上便于進(jìn)一步分析立管的疲勞特性海立管的長(zhǎng)徑比達(dá) 104，如此大的比值會(huì)導(dǎo)致立管的各階模態(tài)頻率此發(fā)生參激不穩(wěn)定的區(qū)域?qū)⑹且唤M頻率軸上緊密連續(xù)的區(qū)間，如果頂端激勵(lì)落入了不穩(wěn)定區(qū)域（圖 1-3 中陰影區(qū)），將導(dǎo)致立管發(fā)振發(fā)生后結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生參激不穩(wěn)定現(xiàn)象，在波流力擾動(dòng)下立管振動(dòng)以及混沌狀態(tài)。當(dāng)立管振動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到一定程度并持續(xù)較長(zhǎng)一段將遭到嚴(yán)重破壞。

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本文編號(hào)：2756627