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《深海柔性立管渦激振動(dòng)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒⒓皯?yīng)用_唐國(guó)強(qiáng).pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、第25卷第3期中國(guó)海洋平臺(tái)Vol.25No.32010年6月CHINAOFFSHOREPLATFORMJune.,2010文章編號(hào):10014500(2010)03001205深海柔性立管渦激振動(dòng)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒⒓皯?yīng)用唐國(guó)強(qiáng),滕斌,呂林,勾瑩,張建僑,宋吉寧(大連理工大學(xué),大連116024)摘要:本文在借鑒以往研究成果的基礎(chǔ)上,建立了能夠預(yù)報(bào)深海柔性立管渦激振動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒ⅹ?dú)立開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算程序。經(jīng)與SHEAR7計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證表明,經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜏?zhǔn)確可靠,可用于深海柔性立管渦激振動(dòng)響應(yīng)的分析、預(yù)測(cè)。并利用數(shù)學(xué)模型和計(jì)算程序,研究了立管結(jié)構(gòu)頂部張力、水流速度、立管內(nèi)外徑以及管
2、壁厚度等因素對(duì)深海柔性立管渦激振動(dòng)動(dòng)力響應(yīng)特征的影響。關(guān)鍵詞:柔性立管;渦激振動(dòng);動(dòng)力響應(yīng);經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭袌D分類號(hào):O327文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ADevelopmentandApplicationofanEmpiricalModelforVortexInducedVibrationofFlexibleDeepWaterRiserTANGGuoqiang,TENGBin,LVLin,GOUYing,ZHANGJianqiao,SONGJining(DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China)Abstract:Vortexind
3、ucedvibration(VIV)isanimportantfactoraccountedforthefatigueofflexibledeepwaterriser.Basedonthepreviousresearchwork,anempiricalmodelwasproposedinthisworktopredicttheresponsesofdeepwaterriserinducedbythevortexinducedvibration.ThemathematicalmodelandthecorrespondingFortranCodesarevalidatedbythecompar
4、isonswiththeresultsproducedbySHEAR7.Employingthepresentmodel,theinfluencesofthetoptension,incidentcurrentvelocity,outerdiameter,innerdiameterandwallthicknessofrisersonthedynamicresponsewerefurtherinvestigated.Keywords:flexibleriser;vortexinducedvibration;dynamicresponse;empiricalmodel0引言深海細(xì)長(zhǎng)柔性立
5、管系統(tǒng)所承受的海洋環(huán)境荷載主要來(lái)自于水流的作用。當(dāng)水流經(jīng)過(guò)立管結(jié)構(gòu)物時(shí),會(huì)在立管兩側(cè)產(chǎn)生交替的漩渦脫落,進(jìn)而使作用在立管上的橫向力表現(xiàn)出明顯的周期性變化特征。鈍體繞流產(chǎn)生的橫向力通常具有較大的振動(dòng)幅值,同時(shí)深海立管的振動(dòng)頻率較低,與渦脫落及其產(chǎn)生的激振力頻率較接近,此時(shí)立管很容易發(fā)生渦激振動(dòng)現(xiàn)象,造成立管結(jié)構(gòu)的疲勞破壞或立管間的碰撞,給工程帶來(lái)不利影響。由于立管在海洋油氣資源開(kāi)發(fā)中的重要性,國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都對(duì)與之相關(guān)的渦激振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行了研究,[1]提出了不同的經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)模型。Hartlen和Currie創(chuàng)造性提出了采用VanDePol方程來(lái)近似代替升力系數(shù)[2]的控制方程,通過(guò)與結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程的聯(lián)
6、合求解計(jì)算立管的渦激振動(dòng)動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題。Iwan和Blevins通過(guò)[3]引入流體變數(shù)的概念,提出了用于預(yù)測(cè)彈性圓柱體渦激振動(dòng)的尾流陣子模型。在此模型基礎(chǔ)上,Iwan進(jìn)收稿日期:20091015基金項(xiàng)目:國(guó)家(八六三)計(jì)劃3000m水深半潛式鉆井平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究(課題編號(hào):2006AA09A103)作者簡(jiǎn)介:唐國(guó)強(qiáng)(1982-),男,博士研究生,從事立管渦激振動(dòng)研究工作。第3期唐國(guó)強(qiáng)等深海柔性立管渦激振動(dòng)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒⒓皯?yīng)用13[4,5]一步提出了預(yù)測(cè)非均勻流情況下圓柱體的渦激振動(dòng)問(wèn)題。Triantafyllou應(yīng)用格林函數(shù)的方法計(jì)算了無(wú)限長(zhǎng)的立管在剪切流下的渦激
7、振動(dòng)問(wèn)題。[6][7]在立管渦激振動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?最具代表性的研究成果當(dāng)屬VIVANA以及SHEAR7,這兩個(gè)商業(yè)軟件已被廣泛用于實(shí)際的工程問(wèn)題中。VIVANA程序采用有限元數(shù)值分析方法來(lái)計(jì)算立管渦激振動(dòng)的動(dòng)力響應(yīng);SHEAR7程序則從能量平衡的觀點(diǎn)建立了立管渦激振動(dòng)振幅的表達(dá)式并迭代計(jì)算共振模態(tài)的振幅,進(jìn)而在該基礎(chǔ)上利用模態(tài)疊加原理計(jì)算立管的位移均方根、加速度均方根、應(yīng)力均方根以及立管的疲勞等。
