深水钢悬链线立管非线性动力分析

钢悬链线立管是近年来国内外发展起来的一种新型深水立管系统,由于成本低、对浮体运动有较大适应性,且耐高温高压环境而受到广泛关注。本文主要对钢悬链线立管的运动进行了时域模拟,采用三维集中质量法建立了深海立管模型,考虑重力、浮力、流体拖曳力、张力、惯性力、剪切、弯曲刚度及海床作用的影响。分别用Newton-Raphson和Newmark-β数值方法求解立管的静态、动态特性。主要分析了钢悬链线立管的构型、张力、剪力和弯矩特性,分析了系缆在顶端不同幅值不同频率激励下疲劳特征点的有效张力变化趋势,对比分析了剪切、弯曲刚度对钢悬链立管顶端张力产生的影响。     

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.     

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.     

钢悬链线立管监测预警系统研究

为了实时监测钢悬链线立管关键位置的运动、应变,对深水钢悬链线立管(SCR)实时监测预警系统进行研究.该系统主要包括数据处理中心的开发及水下传感器的研制,能够在运营期有效评估其疲劳寿命及剩余强度,进而及时预警其运营风险,指导现场操作人员的检测和维修,有助于深水SCR监测预警系统的国产化.     

钢悬链线立管整体干涉分析研究

深水海洋立管具有柔性,特别是极端海况条件下,相邻立管之间可能发生互相干涉而增大立管的应力,从而影响其疲劳寿命.钢悬链线立管相比顶张力立管,有效张力较小,对环境载荷作用更加敏感,更容易发生碰撞.基于动力学分析软件OrcaFlex建立有限元模型,从允许碰撞的角度出发,对串列布置于张力腿平台上的两根钢悬链线立管进行整体碰撞分析,研究立管间距、尾流模型、拖曳力系数、海流流速和柔性接头刚度对立管碰撞的影响,阐述对碰撞范围、上下游立管相对运动速度、最大碰撞速度和最大碰撞能量的影响规律,为实际工程中立管的空间布置和结构优化设计提供参考.     

管土作用下的钢悬链线立管动力响应及其疲劳分析

钢悬链线立管的疲劳分析得到越来越多的重视,尤其是其与海床土体相互作用引起的疲劳。本文根据Aubeny提出的管土作用模型以及Bridge提出的土体吸力模型,采用有限元方法,在考虑其与海床土体相互作用的基础上,分析了钢悬链线立管在不同载况作用下的动力响应及疲劳损伤。分析发现,钢悬链线立管上触地点和悬挂点处的疲劳损伤更为显著;洋流载荷对立管疲劳损伤的影响随着水深的增加而减弱;土体吸力的存在,会增大触地段尤其是触地点附近的疲劳损伤;立管触地点附近的疲劳损伤与土体刚度呈正相关。     

管土作用下的钢悬链线立管动力响应及其疲劳分析

钢悬链线立管的疲劳分析得到越来越多的重视,尤其是其与海床土体相互作用引起的疲劳。本文根据 Aubeny提出的管土作用模型以及 Bridge提出的土体吸力模型,采用有限元方法,在考虑其与海床土体相互作用的基础上,分析了钢悬链线立管在不同载况作用下的动力响应及疲劳损伤。分析发现,钢悬链线立管上触地点和悬挂点处的疲劳损伤更为显著;洋流载荷对立管疲劳损伤的影响随着水深的增加而减弱;土体吸力的存在,会增大触地段尤其是触地点附近的疲劳损伤;立管触地点附近的疲劳损伤与土体刚度呈正相关。     

深水钢悬链立管安装设计分析

钢悬链立管在墨西哥海域、西非等地深海油气田开发中,得到了广泛的应用。基于钢悬链立管的S型铺设,将钢悬链立管的整个安装过程分成三个不同阶段:立管铺设阶段、立管提升阶段以及立管移管阶段。结合实际深水工程案例,应用Orcaflex对钢悬链立管整个安装过程做动态分析,校核钢悬链立管在整个安装过程中的强度。     

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。     

深水缓波型刚性立管的设计方法

缓波型刚性悬链线立管由于其良好的力学性能和较低的成本,适用于深水油气田开发。本文详述了缓波型刚性悬链线立管的设计准则和设计流程,给出了分布式浮块的设计方法和等效原则,推导了等效水动力参数的计算公式。通过静力分析,得到了不同浮块的布置位置和浮力系数对立管形态、顶端张力、弯矩分布的影响;通过动力分析,得到了沿管等效应力响应的分布规律,为缓波型刚性悬链线立管的设计提供了有益的参考。     

钢悬链式立管涡激振动疲劳损伤参数分析

针对钢悬链式立管的结构特性,采用了简化后的振动模型。先对立管进行了模态分析;再根据立管的模态特性结合环境水流参数,采用模态叠加法对立管进行了涡激振动疲劳损伤分析。分析过程中,通过改变流速大小、立管壁厚、立管外径、内部介质以及抑制立管涡激振动的螺旋列板长度等参数,对立管的涡激振动疲劳损伤进行了相应的参数分析。结果表明:立管疲劳损伤随水流速度的增大、立管外径的增大以及内部介质密度的降低呈现上升趋势,但是壁厚变化对立管疲劳损伤大小影响却不显著。     

深水钢悬链立管弃管回收技术研究

阐述深水钢悬链立管安装中的弃管回收工艺,采用理论分析和数值分析相结合的方法,对深水钢悬链立管安装中的弃管回收进行分析.基于经典悬链线理论,编制钢悬链立管弃管回收分析软件SCRCOV,针对1500m水深和10 in SCR制定弃管回收方案,经商业软件ORCAFLEX验证,自编软件计算结果是准确的.     

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.     

钢悬链式立管涡激振动疲劳损伤分析

针对钢悬链式立管的特点,采用了简化后的振动模型,在ANSYS的CAE模块中根据悬链线方程建立了立管的有限元模型,并对立管进行了模态分析。通过对前若干阶模态进行后处理,得到包括归一化振型、斜率以及曲率的模态输入文件,将此模态文件输入SHEAR7中,进行涡激振动分析,计算出立管年疲劳损伤率。计算结果表明:立管的疲劳损伤沿着立管轴线方向呈振荡性质,且最大疲劳损伤出现在边界区域,随着水流速度的增大,立管的疲劳损伤的峰值呈上升趋势。     

附加重量缓波立管数值分析

对浅水海域使用的新型附加重量缓波立管进行数值计算,分析管内流体密度对柔性立管的动力特性影响,进行附加装置对立管平面外运动影响的分析,同时引入一种模型简化的计算方法,结果表明,内流密度对立管位形、最大曲率和最大有效张力的影响较大,附加装置的应用减小了立管碰撞的概率,同时发现该模型简化方法不仅计算准确,而且易收敛、计算时间短。     

深水开发中的SCR立管系统

钢悬链线立管(Steel Catenary Riser,SCR)作为一种全新的深水立管系统已经在国外多个项目中应用.阐述了SCR立管的关键技术问题:立管与浮式结构的界面、静态结构设计、立管之间的干扰分析、动力学分析、疲劳分析及安装分析,介绍了SCR立管的主要设计规范和软件.展望了SCR立管在我国深水开发中的应用前景.     

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。     

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。