深海气液混输立管涡激振动及疲劳损伤分析

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深海气液混输立管涡激振动及疲劳损伤分析
深海气液混输立管处于复杂的深海环境中,受到波浪、海流等环境载荷和立管顶端张紧力、自重和浮力等载荷共同作用,其力学性能分析较为复杂。当海流经过立管(细长结构物)时,会在两侧产生漩涡。
当漩涡的释放频率与立管本身的固有频率接近时,立管会发生耦合共振,其振动幅值急剧加大。长此以往,立管会发生疲劳损伤,危害石油平台的生产安全。
本文先介绍了立管力学性能分析时使用的线性波浪理论、斯托克斯波浪理论和Morison方程。选取合适的波浪理论和流体动力学系数,计算Morison方程可得到立管单位高度的波浪力。
得到立管的载荷后,可通过直接积分法对立管的运动控制方程求解,分析立管的响应特性。应用ABAQUS有限元分析软件比较、分析了立管在不同的边界条件下的立管模态响应。
在此基础上,分析了立管的环境变量和自身物理参数对立管固有频率的影响。立管的干模态和湿模态在阶数较低时,两者的频率相差较大;不过随着模态数的增加,其差距越来越小。
立管的固有频率随着立管长度、壁厚和外径的增大而减少,随着顶张力的增大而增大。在第三类边界条件的基础上,通过改变海流流速,研究了立管的“失谐 ...

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关键词：abaqus 波浪理论 边界条件 性能分析 运动控制