深海顶张力立管参激—涡激耦合动力响应分析

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1、中文摘要深海立管是深海油气资源勘探开发的关键设施，所处的服役环境复杂。本文考虑深海立管项部浮体运动及涡激振动的耦合作用，研究立管的动力响应。本文提出了两种立管模型：两端铰支，轴力定常的理论分析模型和考虑张紧环运动及轴力随水深变化的实际立管结构模型。对这两科，立管模型进行固有振动特性分析，确定其振动频率及模态；提出了考虑浮体升沉运动影响的立管参激．涡激耦合振动分析模型，研究参数激励下立管发生参激共振的条件，并分析阻尼对立管参激不稳定区的影响；利用数值计算的方法，分别计算立管单纯涡激振动和参激．涡激耦合振动情况下的动力响应，应用结

2、构的S．．N曲线及Miner损伤理论计算立管的疲劳损伤，研究不同海洋环境参数及立管结构参数对于立管动力响应及疲劳损伤的影响。研究表明，考虑张紧环运动及轴力随水深的变化，立管的横向振动频率小于理论模型的振动频率；对于立管系统的参激不稳定性，当平台的升沉频率接近或者等于立管横向振动频率2倍时发生一一阶参激共振，这部分参激不稳定区是立管参激振动最重要的部分：考虑立管上部浮体运动导致的参数激励影响，立管的横向振动响应增大、疲劳损伤增大，研究结果表明立管设计时要充分考虑参激振动和涡激振动的耦合响应。关键词：深海顶张力立管振动频率参数激励

3、稳定性涡激振动疲劳损伤TherisersaretheserviceenvironmentABSTRACTkeyfacilitiesintheoilandisverycomplicated．Thegasexpiorationindeepsea，thedynamicresponseisstudiedconsideringthecouplingbetweenheavemotionoftheplatformandVIV．tworisermodelsareproposed：oneisthetheoricalanalysismodel，t

4、heaxialforceisconstandtheriserispinned；theotheroneispracticalmodel，theaxialforceisvaryingwiththewater-depth，andthetopoftheriserisconnectedtothetension-ring．First，thenaturalvibrationcharacteristicsofdeep-waterriserarestudiedtoconfirmthefrequencyandthemodal；Secondly,t

5、hevibrationanalysismodelisproposedconsideringthecouplingbetweentheparametricexcitationcausedbytheheavemotionofplatformandVIVtodiscusstheparameterinstabilityandthedamping’Seffecttotheinstability．Finally,thedynamicresponsesofVIVandcoupledVIV-Parametricexcitationarecal

6、culatedusingthenumericalevaluation，alsothecumulativedamageiscomputedconsideringtheS-NcurveandMinertheory．Parametersoftheriserandmarineenvironmentarechangedtostudytherelationshipbetweendynamicresponseandtheseparameters．Researchshowsthatthefrequenciesaredifferentbetwe

7、enthetwomodels，asthepracticalmodel’Sresultsaresmallerthanthetheoricalmodel’Sresults．Fortheparametericinstability,whentheheavefrequencyistwicethenaturalfrequencyoftheriser,thefirstorderparametricinstibilityoccured，thiszoneisthemostimportantanddangerouszone．Whencalcul

8、atingthedynamicresponse，theparametricexcitationmakestheresponselargerthanthatwithoutparametricexcitation，andthecumulativedamageismuchbigge