深海立管涡激损伤的虚拟激励法计算.pdf

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1、第16卷第7期2012年7月船舶力学JournalofShipMechanicsV01．16No．7Jul．2012文章编号：loft／一7294(2012)07．0787—10深海立管涡激损伤的虚拟激励法计算董晓磊，宗智，孙雷，周力(大连理工大学工业装备与结构分析国家重点实验室．运载工程与力学学部，船舶工程学院，辽宁大连i16024)摘要：针对深海立管长细比非常大的结构特性，使用索模型单元计算结构的非线性刚度阵，并验证了模型的有效性；在立管离散点处的平面上考虑结构与流体的耦合作用．采用离散涡方法计算r立管二维模型在均匀海流下的涡激升力载荷，为随机振动分

2、析提供载荷谱，用于构造虚拟激励。最终将立管的涡激振动看作平稳随机过程，采用随机振动理论中的虚拟激励法求解立管在涡激力激励F的响应。基于P-M准则，对响应进行计算得到立管的年损伤率，实现了深海立管的疲劳损伤预报。关键词：深海立管；涡激振动；疲劳损伤；随机振动；虚拟激励法中图分类号：P756．2文献标识码：ANumericalcomputationofVIVinducedfatiguedamagefordeepwaterriserusingpseudo—excitationmethodDONGXiao—lei，ZONGZhi，SUNLei，ZHOULi(Sc

3、hoolofNavalArchitectureEngineerlng,‰llltyofVehicleEngineeringandMechanics，SlateKeyLaboratoryofStructuralAnalysisforIndustrialEquipment,DalianUniversityofTechnology，Dahan116024，China)Abstract-Beingaimedatthecharacteristicofthelargeslendernessratioofriserindeepwater，thecablemodeliS

4、employedtocalculatethenonlinearstiffnessmatrix．Thecorrectnessofthismodelisvalidatedbytheexperimentalresults．Thefluid—structureinteractionofthediscretenodeswasconsideredinthemodel．Forevaluatingtherandomvibration，thevortexinducedliftoftwo-dimensionalriseriscalculatedusingdis-cretev

5、ortexmethodtoobtaintheloadspectrumforthecaleulationofPseudo—excitation．ThevortexinducedvibrationiSconsideredasastationarityrandomprocess．TheresponseofrisertovortexinducedexcitationiScalculatedusingpseudo—excitationmethod．‘I’hefatiguedamagerateoftheriserperyearisevaluatedandtheser

6、vicelifeoftherisercanbepredictedbasedontheP—Mcriterion．Keywords：deepwaterriser；vortexinducedvibration；fatiguedamage；randomvibration；pseudo-excitationmethod1引言立管是连接海底钻井与海上平台的重要系统，但也是最薄弱的环节。涡激振动是造成立管疲劳损收稿日期：2011一12—27基金项目：国家自然科学基金资助项目(50921001)；国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2010CB832700)

7、作者简介：董晓磊(1986--)，男，大连理工大学工业装备与结构国家重点实验室硕士研究生。E-mail：dongxl@yea}1．net；宗智(19件)，男，博士生导师，教授。788船舶力学第16卷第7期伤的主要因素。将钝体结构放在一定速度的流体中，由于剪切层的分离会在结构两侧或尾部产生交替的漩涡脱落，交替的漩涡脱落在结构上产生罚期性的力，周期性变化的力导致物体在流向和横向发生振动，结构的振动反过来又改变流场的结构，这种流固耦合问题称之为涡激振动【lI。在海洋油气的开采中，立管是必不可少也是最关键的构件，但它又极其脆弱。立管在使用时要处在海洋洋流的环境中

8、，由于涡激振动的影响，会造成结构的疲劳破坏。立管的破坏会给海洋油气工作带来严重后