缓波型柔性立管涡激响应数值模拟

缓波型柔性立管的涡激振动问题是当前海洋工程界的研究热点.本文基于Milan尾流振子模型,通过Or?caFlex软件及悬链线方程,考虑缓波型柔性立管的几何非线性及三维效应,基于等效原则将缓波型柔性立管转换为直立立管进行分析,同时探讨了不同浮子段覆盖率对缓波型柔性立管涡激振动特性的影响规律,给出了立管不同轴向位置处的运动轨迹,为揭示缓波型柔性立管涡激运动特征提供了借鉴.     

缓波形钢悬链立管时域动力与疲劳分析

为研究缓波形钢悬链立管相对于简单钢悬链立管在运动、强度及疲劳等性能方面的变化,并充分考虑与其强度及疲劳特性有关的影响因素,以进一步提升其工作的安全性,基于悬链线法和集中质量法对缓波形钢悬链立管进行静力、动力分析,利用S-N曲线法对其进行疲劳分析,将缓波形钢悬链立管动态运动计算结果、强度及疲劳特性与简单钢悬链立管进行对比,探讨总结了不同立管设计参数对其运动特性的影响规律。     

深水钢悬链立管J型铺设研究

J型铺管法具有先天的深水适应性,已广泛应用于深海水域的管道铺设作业,而我国对深水管道J型铺设的研究仍处于起步阶段。本文以作为深水开发首选立管形式的钢悬链立管为研究对象,应用Orcaflex软件对立管J型铺设过程做动态分析,校核内容包括最大弯曲应力、最大等效应力及有效张力。将铺管过程分3个阶段进行立管J型铺设强度分析,得到立管受力最大铺设阶段。针对受力最大阶段,进行立管作业窗口分析,得到满足立管使用条件的环境参数。本文所开展的深水钢悬链立管J型铺设研究对推进我国深水铺管技术的发展具有实际工程意义。     

缓波型柔性立管构型优化及敏感性分析

针对缓波型柔性立管存在的波型较陡和浮子段张力较大的问题,对其进行优化,将单波构型优化为双波构型,运用集中质量法对改进前后的2种结构形式进行分析,确认双波构型在静力和动力响应下的张力及弯曲特性更优。在此基础上,对双波型柔性立管进行敏感性分析。在静力状态下,悬挂点和第2段浮子段末端对浮子段间隔和浮子段长度敏感;在动力响应下,悬挂段到第1段浮子段的张力变化和最小弯曲半径对浮子段间隔和大悬挂角非常敏感。研究得到的敏感性参数结论可作为缓波型柔性立管总体布置设计的参考。为提升缓波型柔性立管的性能,可合理增加浮子段与浮子段的间隔和悬挂角,但同时要满足规范的要求,避免关键部位动力响应过大。     

深海悬链线输油立管涡激疲劳计算分析

钢质悬链线式立管的涡激疲劳损伤是影响其寿命的主要因素之一.文中将悬链线立管简化为忽略剪切力的索模型,对悬链线立管进行模态分析,考虑流体附加质量的影响,得到其在海水下的频率和振型.根据斯托劳哈尔关系和外部流速大小的范围确定潜在的激励模态范围,并通过计算潜在模态的能量确定主要激励模态.根据能量平衡,求出升力系数和阻尼系数,从而计算出立管各阶模态下的模态力和模态阻尼.再利用模态叠加法对悬链线立管进行动力响应分析.并以2 300 m Spar平台的悬链线输油立管为例,计算了其在北海某流速作用下的疲劳损伤,所得结论对工程应用有一定的借鉴意义.     

深水钢悬链立管J型铺设时域动力分析

针对深水钢悬链立管的J型铺设作业的时域动力响应特性,先利用悬链线理论对其进行静力分析,基于动力控制方程,以集中质量法求解得到系统刚度矩阵,考虑船体运动、波流载荷以及管土作用,根据广义α理论将时间离散后积分求解,建立数值求解迭代步骤,得到立管受力分析结果。以3 000 m水深钢悬链立管J型铺设为例,使用Orca Flex软件进行计算分析,结果表明:(1)触地点的冯米塞斯应力和弯曲应力最大,立管顶端的有效张力最大;(2)铺管船的性能影响立管铺设,对触地点冯米塞斯应力和弯曲应力以及顶端有效张力的时域分析表明,其幅值变化范围较窄,铺设系统稳定;(3)校核API规范,各项数据满足铺设要求,可以为工程实际提供参考。     

深海复合材料悬链线立管基于可靠度的优化设计

研究基于可靠度的方法,对深海复合材料悬链线立管进行优化设计分析。对于正交各向异性层合复合材料结构而言,叠层顺序不同、各层铺角变化以及层间厚度差异等都会影响到结构的承载能力,因此,有必要引进可靠度作为优化设计指标。首先,根据经典层合板理论计算整体模型的等效属性,建立悬链线立管整体分析模型,得到关键截面响应,以此作为局部分析模型的约束;然后,运用试验设计方法构建Kriging近似模型;最后,利用蒙特卡罗撒点方法对比分析确定性优化与可靠性优化的结果。研究表明：优化后的深海复合材料立管在满足应力强度设计的要求下可有效降低结构重量,所提出的基于可靠度的优化设计复合材料悬链线立管具有可行性。     

平台运动下悬链线立管涡激振动响应特性分析

悬链线立管会在半潜平台运动带动下出现涡激振动现象,对立管疲劳寿命造成影响。借助海工结构物动力分析软件Orcaflex建立立管模型,使用Iwan-Blevins尾流振子模型进行数值模拟。通过与试验结果对比验证了该方法的可行性。同时建立实尺度悬链线立管模型,并考虑背景海流的影响,分析平台垂荡、纵荡运动下的立管涡激振动响应和疲劳损伤。研究表明,平台运动产生的非定常流场将引起悬链线立管发生涡激振动现象,并在背景洋流激励的基础上增大疲劳损伤,在立管结构实际工程设计时应予以关注。     

平台运动下悬链线立管涡激振动响应特性分析

悬链线立管会在半潜平台运动带动下出现涡激振动现象,对立管疲劳寿命造成影响.借助海工结构物动力分析软件Orcaflex建立立管模型,使用Iwan-Blevins尾流振子模型进行数值模拟.通过与试验结果对比验证了该方法的可行性.同时建立实尺度悬链线立管模型,并考虑背景海流的影响,分析平台垂荡、纵荡运动下的立管涡激振动响应和疲劳损伤.研究表明,平台运动产生的非定常流场将引起悬链线立管发生涡激振动现象,并在背景洋流激励的基础上增大疲劳损伤,在立管结构实际工程设计时应予以关注.     

深水钢悬链线立管顺流向非线性动力分析

深水钢悬链线立管在外部流体作用下的动力响应在立管的性能优化设计中是非常重要的.文章考虑了深水钢悬链线立管轴向大应变的特性以及弯曲刚度和内流的影响,利用Hamilton原理和拉格朗日应变理论建立了立管的二维动力学模型.将外部流体的非线性作用力用Morison方程表示,通过Hermite插值函数对动力学方程进行离散,采用平均加速度法求解立管的动力响应.探讨了外部流体的非线性作用力对海洋立管顺流向动力响应的影响以及不同流速和拖曳力系数与海洋立管共振响应幅值的关系.     

深水管中管钢悬链线立管的非线性动力分析

立管技术是深水资源开发的关键技术之一。管中管钢悬链线立管具有同心的外管与内管，其外管提供机械保护，内管提供油气通道，内、外管之间按照一定的距离安装扶正器以保护绝热材料，在深水油气开发中具有较大的应用价值。充分考虑在位立管承受的复杂载荷条件泡括动边界、波浪与海流载荷、立管自重、海水浮力、管内外静压力），以及整体和局部非线性因素（包括摩擦、滑移、接触、间隙等），采用时域有限元软件ABAQUS实现管中管钢悬链线立管的建模与非线性动力分析。     

水下压缩空气储能系统柔性立管响应特性分析（英文）

With the rapid development of marine renewable energy technologies, the demand to mitigate the fluctuation of variable generators with energy storage technologies continues to increase. Offshore compressed air energy storage(OCAES) is a novel flexible-scale energy storage technology that is suitable for marine renewable energy storage in coastal cities, islands, offshore platforms, and offshore renewable energy farms. For deep-water applications, a marine riser is necessary for connecting floating platforms and subsea systems. Thus, the response characteristics of marine risers are of great importance for the stability and safety of the entire OCAES system. In this study, numerical models of two kinds of flexible risers, namely, catenary riser and lazy wave riser, are established in OrcaFlex software. The static and dynamic characteristics of the catenary and the lazy wave risers are analyzed under different environment conditions and internal pressure levels. A sensitivity analysis of the main parameters affecting the lazy wave riser is also conducted. Results show that the structure of the lazy wave riser is more complex than the catenary riser; nevertheless, the former presents better response performance.     

柔性立管整体分析(英文)

The mechanical performance of a flexible riser is more outstanding than other risers in violent environmental conditions. Based on the lumped mass method, a steep wave flexible riser configuration attached to a Floating Production Storage and Offloading (FPSO) has been applied to a global analysis in order to acquire the static and dynamic behavior of the flexible riser. The riser was divided into a series of straight massless line segments with a node at each end. Only the axial and torsional properties of the line were modeled, while the mass, weight, and buoyancy were all lumped to the nodes. Four different buoyancy module lengths have been made to demonstrate the importance of mode selection, so as to confirm the optimum buoyancy module length. The results in the sensitivity study show that the flexible riser is not very sensitive to the ocean current, and the buoyancy module can reduce the Von Mises stress and improve the mechanical performance of the flexible riser. Shorter buoyancy module length can reduce the riser effective tension in a specific range of the buoyancy module length when other parameters are constant, but it can also increase the maximum curvature of the riser. As a result, all kinds of the riser performances should be taken into account in order to select the most appropriate buoyancy module length.     

南海自由站立式立管设计与分析

自由站立式立管可作为南海油气开发的立管形式。根据设计参数建立自由站立式立管系统模型,根据南海某油田环境参数校核立管各工况下的强度结果并进行疲劳分析,探讨自由站立式立管动态强度与疲劳特性并验证是否满足规范要求。分析结果表明：该立管设计满足规范中的强度与疲劳要求,且疲劳性能较好;立管等效应力最大处为立管主体顶部应力节下端;最危险浪流方向为沿立管向平台方向;立管主体应力水平受平台运动影响较小,受顶部张紧力以及海流大小影响较大;疲劳损伤最大处位于立管主体顶部,且涡激疲劳损伤大于浪致疲劳损伤。     

大深度载人潜水器浮力块的结构设计

依据大深度载人潜水器浮力块的使用条件及主要技术性能指标,提出了浮力块的质量和质心坐标的计算方法、布置和分块原则、强度校核标准,并通过对浮力块密度测试和水压试验,测得了浮力块的主要物理性能参数。上述研究结果为浮力块的结构设计、编制我国大深度载人潜水器入级和建造规范中浮力块的结构设计、以及研制同类大深度水下载人/无人潜水器(HOV,ROV,AUV)提供了依据。     

缓波型非粘接柔性立管的干涉敏感性

针对非粘接柔性立管在波浪和海流作用下易发生立管干涉的问题,以我国南海某油田输油立管和相邻锚链为例,分别对拖曳力系数、管道单位长度质量、外径、内部介质密度、立管抗拉弯扭刚度和悬挂角度等参数进行敏感性分析,得出不同参数的敏感性情况,并在此基础上提出一些建议供实际工程设计参考.     

大深度载人潜水器浮力块的加工和安装

介绍了满足大深度载人潜水器要求的浮力块的使用条件和技术要求;根据各类浮力块的组成和工艺性能,提出了浮力块的粘接、机加工和表面处理、以及安装工艺。由于潜水器的载体框架是由钛合金焊接而成,而浮力块是由浮力材料毛坯粘接并经过数控机床加工而成,这样在载体框架和浮力块中由于加工方法的不同,造成了加工精度的不相称,从而导致浮力块安装时二者之间不匹配的矛盾。通过对载体框架和浮力块装配尺寸链的分析和计算,采用极值互换法,成功地解决了浮力块在载体框架上的安装难题,满足了潜水器的安装技术要求。所获得的经验和工艺参数将为深海水下机器人浮力块加工和安装提供依据,为编制我国大深度载人潜水器入级和建造规范提供参考。     

Influence of seabed trench formation on fatigue performance of steel catenary risers in touchdown zone

The subsea survey results using remote operating vehicles (ROV) show that trenches with a depth of several riser diameters can be developed underneath the steel catenary risers (SCR). Therefore, an important question in respect of the riser–seabed interaction is, how the trench formation beneath the riser affects the riser fatigue performance in the touchdown zone. A common methodology reported in literature to study the impact of trench formation on riser fatigue life is the insertion of an artificial mathematical expression of the riser profile into the seabed. This study shows that such methodology can be inconsistent and leading to contradictory results. The current paper has employed ABAQUS finite element software and coded a non-linear soil hysteretic model to automatically simulate the variable seabed stiffness and the gradual trench development through the touchdown zone. In this method, the seabed model parameters are initially adjusted to extreme values allowing trench with desired depth to be developed over a moderate number of displacement cycles of the SCR. The design wave scatter diagram is then applied, simulating a generic Spar system, after switching the model parameters to values with normal range. The paper presents the impact of trenches of different depths on the fatigue performance of SCRs in the touchdown zone.