本文選題：渦激振動(dòng) + 剪切流�。� 參考：《西南石油大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：作為海上油田生命線的海底管道,是海上油氣開(kāi)采的主要設(shè)備之一。然而由于海洋環(huán)境復(fù)雜多變、海底地形凹凸不平以及海床沖刷,海管懸空現(xiàn)象頻頻發(fā)生。懸跨段在渦激振動(dòng)等因素作用下易發(fā)生疲勞破壞,造成管道斷裂,從而引發(fā)原油泄漏等海上重大安全事故�；旌狭⒐苁莿傂粤⒐芎腿嵝蕴庸艿慕Y(jié)合,能提供暢通的、有條理的水下布置,混合立管基礎(chǔ)連接到鋼質(zhì)吸力錨上,由浮力罐(BUOYANCY CAN)提供張緊力,通過(guò)柔性懸跨跳接管(FLEXIBLE JUMPER)連到浮式結(jié)構(gòu)上。這樣從本質(zhì)上把立管與浮式結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)解耦,減少了動(dòng)力響應(yīng),在海流作用下,柔性懸跨跳接管不可避免地發(fā)生著渦激振動(dòng),大長(zhǎng)徑比的懸跨跳接管還會(huì)激發(fā)出高階振動(dòng)模態(tài),造成管體大變形、大位移等動(dòng)力學(xué)響應(yīng),極易誘發(fā)疲勞損傷。一旦振動(dòng)頻率與跳接管固有頻率相近,還會(huì)引發(fā)共振,導(dǎo)致懸跨跳接管短時(shí)間內(nèi)失效甚至斷裂,產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。目前,國(guó)內(nèi)外的渦激振動(dòng)實(shí)驗(yàn)中的振動(dòng)測(cè)試大多數(shù)依賴于應(yīng)變片、加速度傳感器等接觸式裝置,這些儀器緊貼管道表面隨著管道振動(dòng),不可避免地會(huì)改變管道周圍的流場(chǎng)環(huán)境和管道本身的屬性,如密度、彈性模量、泊松比、壁面粗糙度等對(duì)管道振動(dòng)起關(guān)鍵影響的物理參數(shù),而柔性管本身振動(dòng)的復(fù)雜多變性,更是加大了這些物理參數(shù)對(duì)結(jié)果分析的重要性,微小的改變可能就會(huì)大大影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性,因此保證周圍的流場(chǎng)環(huán)境的穩(wěn)定和固定管道本身的參數(shù)十分重要。本實(shí)驗(yàn)采用高速攝像非介入測(cè)試手段,對(duì)拍攝對(duì)象進(jìn)行全場(chǎng)監(jiān)測(cè),避免了流場(chǎng)環(huán)境的破壞,突破了介入式測(cè)試測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)的局限。本文以剪切海流作用下的等間隙海底懸跨管為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)了剪切流作用下的柔性懸跨海管振動(dòng)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置,制定了高速攝像采集管道振動(dòng)特征的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法及圖像分析手段,并成功捕捉到等間隙海底懸跨管的"拍"現(xiàn)象,通過(guò)柔性懸跨管振型、振頻與振動(dòng)位移隨時(shí)間變化規(guī)律的綜合分析,剖析流速、"拍"現(xiàn)象和間距G對(duì)柔性懸跨管渦激振動(dòng)響應(yīng)的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):(1)發(fā)現(xiàn)海底懸跨管被激發(fā)的主導(dǎo)振動(dòng)模態(tài)隨來(lái)流速度的增加而提高,但受實(shí)驗(yàn)水槽流速條件的限制,最終僅在順流向捕捉到了三階振動(dòng)、橫向捕捉到了二階振動(dòng),兩個(gè)方向的一階振動(dòng)模態(tài),管道振幅的增大、減小趨勢(shì)與Williamson(2003)提出的無(wú)量綱振幅與約化速度之間的變化關(guān)系基本吻合。(2)懸跨管的全局軌跡輪廓可以側(cè)面反映橫向振動(dòng)的階數(shù),橫向的一階振動(dòng)的全局軌跡輪廓形似"梭形",而橫向的二階振動(dòng)的全局軌跡輪廓形似"葫蘆形",處于橫向振動(dòng)一階、二階共振區(qū)振動(dòng)波峰處的標(biāo)定點(diǎn)的振動(dòng)軌跡呈現(xiàn)"8"字形。(3)"拍"現(xiàn)象的存在會(huì)使懸跨管更早的進(jìn)入橫向一階共振區(qū)和橫向二階共振區(qū),但卻延遲進(jìn)入橫向二階振動(dòng)模態(tài),并且會(huì)導(dǎo)致懸跨管進(jìn)入二階振動(dòng)模態(tài)后不同位置的橫向主頻發(fā)生分散。(4)間距越小會(huì)使懸跨管更早地進(jìn)入橫向一階共振區(qū)、橫向二階振動(dòng)模態(tài)和橫向二階共振區(qū),并且會(huì)導(dǎo)致懸跨管進(jìn)入二階振動(dòng)模態(tài)后不同位置的橫向主頻更加容易發(fā)生分散。同時(shí),本文對(duì)比分析了不同流速條件下柔性懸跨跳接管(變間隙)的渦激振動(dòng)響應(yīng),并與等間隙海底懸跨管的振動(dòng)進(jìn)行了對(duì)比。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):(1)同海底懸跨管一樣,柔性懸跨跳接管被激發(fā)的主導(dǎo)振動(dòng)模態(tài)隨來(lái)流速度的增加而提高,最終在順流向捕捉到了四階振動(dòng)、橫向捕捉到了三階振動(dòng)。海底懸跨管和柔性跳接管的一階橫向振動(dòng)的全局軌跡輪廓形均似"梭形",而二階橫向振動(dòng)的全局軌跡輪廓形均似"葫蘆形"。(2)同樣可以清晰地發(fā)現(xiàn)一階振動(dòng)時(shí),海底懸跨管空間分布上的橫向振幅峰值位于標(biāo)定點(diǎn)17#標(biāo)記點(diǎn)附近,而柔性跳接管的橫向振幅峰值位于標(biāo)定點(diǎn)16#標(biāo)記點(diǎn)附近,;二階振動(dòng)時(shí),海底懸跨管空間上的兩個(gè)橫向振幅峰值出現(xiàn)在8#和23#點(diǎn)附近,波谷位于15#點(diǎn)附近,而柔性跳接管的兩個(gè)橫向振幅峰值出現(xiàn)在11#和22#點(diǎn)附近,波谷位于17#點(diǎn)附近。
[Abstract]:In this paper , due to the complexity of ocean environment , uneven topography of the sea floor and the scouring of sea bed , the frequency frequency of suspended cross - jump takes place at sea level . The results show that : ( 1 ) The dominant vibration mode excited by the suspended span tube is increased with the increase of the velocity of the incoming flow . ( 2 ) In the same way , when the first - order vibration can be clearly found , the peak of the transverse amplitude on the spatial distribution of the subsea catenary is located near the marking point of the calibration point 17 # , and the peak of the transverse amplitude of the flexible jump tube is located near the marking point of the calibration point 16 # ; when the second - order vibration , the two lateral amplitude peaks in the space of the submarine suspension tube appear near the point of 8 # and 23 # , the wave trough is located near the 15 # point , and the two lateral amplitude peaks of the flexible jump tube appear near the 11 # and 22 # points , and the trough is located near point 17 # .

【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE973.92

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本文編號(hào)：1769615