内波场中海洋立管动力响应研究

发布时间：2017-12-16 12:23

  本文关键词：内波场中海洋立管动力响应研究

  更多相关文章： 内波 输流立管 动力响应 尾流振子 涡激振动

【摘要】：我国南海海域地形复杂,水文格局多变,海水密度层化现象严重,海洋内波活动频繁,关于内波导致海洋结构物破坏的情况屡见报道;海洋立管作为海洋深水油气开发中连接上部浮式设施与海底水下生产系统的关键构件,贯穿于整个水深中,承受海洋内波造成的海水内部波动,在内波致水平剪切往复流作用下易引起大位移偏移或疲劳破坏,因而分析内波场中立管的动力响应有很重要的实际意义。本文根据流体动力学基本方程推导了无背景流和存在背景流时海洋线性内波控制方程,并在不同的海水密度模型基础上,基于刚盖边界条件用TH分层迭代的数值计算方法求解了内波频散关系及垂向结构,最终得到内波的水平剪切流分布情况;考虑内波荷载,利用虚功原理,建立了顶张力立管非线性运动微分方程,采用有限元离散,最后在时域上采用Newmark-β隐式方法直接积分得到立管的响应,并在Matlab中编制了相应的计算程序。在此基础上,分析了立管在单纯内波场与存在背景流的内波场中的动力响应情况,并研究了内流、顶张力、内波波幅和内波频率等对立管动力特性以及响应的影响,最后引入了尾流振子模型建立立管涡激振动方程,分析了立管在横向上涡激振动情况。研究发现,内波在海水中生成水平剪切往复流并具有不同的模态结构,且对立管振动产生影响的主要是前两阶模态。内流流动会导致立管响应增加而其自身自振频率降低,但是影响较小;一定范围内增大顶张力能够有效的减小立管的动力响应并使得立管自振频率迅速变大,但顶张力很大时效果不明显。线性内波理论下,立管的响应幅值随内波波幅增大而呈抛物线形式增加;内波频率降低时,立管响应幅值有一定的增大,在高频范围内比较明显。无论波流方向是否一致,背景流的存在都会导致立管出现大位移响应,立管相互碰撞的可能性增大;另外,内波致水平剪切流虽然在一定程度上抑制了背景流中的涡激共振,但是它激发了立管多模态涡激共振,涡激共振频率范围扩大并向高频发展,增加了立管疲劳破坏可能性。
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P756.2;P731.2

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈云水;王德禹;;深水立管的若干结构力学研究进展[J];中国海洋平台;2007年05期

2 王法利;董晓林;邢春雷;左达晟;朱丙波;肖吉哲;;考虑内流的海洋立管动力特性和动力响应的实验研究[J];海洋湖沼通报;2007年S1期

3 高云;宗智;周力;吴宗铎;曹静;;钢悬链式立管的浪致疲劳[J];大连海事大学学报;2010年02期

4 康庄;贾鲁生;孙丽萍;冯玮;;深水塔式立管顶部浮力筒设计分析方法[J];中国造船;2011年04期

5 王波;何宁;陈国龙;;深水油气田开发中的混合立管[J];中国海洋平台;2013年01期

6 魏文;自由操纵立管在波浪中的动力响应研究[J];水动力学研究与进展;1985年01期

7 甘锡林,赵成溥;引水立管强度研究[J];海洋工程;1992年01期

8 高云;周力;宗智;曹静;;平台涡激运动造成的立管疲劳损伤研究[J];中国海洋平台;2009年05期

9 郭海燕;张文冬;李效民;;关于海洋立管设计标准中内流作用的分析与探讨[J];海洋工程;2010年02期

10 陈昌松;薛鸿祥;唐文勇;胡志强;;灾害性海洋环境下深水立管结构可靠性研究[J];上海交通大学学报;2011年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 孙丽萍;齐博;;塔式立管拖航分析研究[A];第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年

2 胡知辉;段梦兰;曹静;陈景皓;段庆全;;深水立管监测技术研究进展[A];第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年

3 孙丽萍;聂武;;海洋立管的静稳定分析[A];第三届全国结构工程学术会议论文集（下）[C];1994年

4 李丽娜;段梦兰;陈邦敏;;新型深水立管安装机具设计及试验研究[A];2013年中国海洋工程技术年会论文集[C];2013年

5 陈晓贤;刘亮;范会渠;许亮斌;徐阳;贾旭;;深水悬链线立管涡激疲劳损伤预报[A];2010年度海洋工程学术会议论文集[C];2010年

6 周媛;陈先;梁忠旭;吴则华;;浮筒材料在深水技术开发海洋立管中的应用(英文)[A];第十届中国科协年会论文集（四）[C];2008年

7 孟庆飞;黄维平;;深水钢悬链线立管S形铺设局部分析方法[A];第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年

8 白兴兰;黄维平;;深水钢悬链线立管非线性有限元静力分析[A];第七届长三角地区船舶工业发展论坛论文集[C];2011年

9 李伟;段梦兰;曹静;沙勇;李光銮;;深水钢悬链线立管触地区振动响应动力特性[A];第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年

10 魏东泽;黄维平;;深水刚性立管与弹性立管涡激振动分析[A];第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 戴伟;基于响应面方法的立管结构可靠性研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

2 张日曦;深水钢质立管弯曲抑制装置的关键技术研究[D];大连理工大学;2013年

3 高云;钢悬链式立管疲劳损伤分析[D];大连理工大学;2011年

4 李朋;深水海洋输流立管涡激振动及干涉试验研究[D];中国海洋大学;2012年

5 刘娟;考虑刚体摆动的钢悬链式立管出平面运动分析方法研究[D];中国海洋大学;2013年

6 王盛炜;海洋自由立管重入井的运动策略优化研究[D];上海交通大学;2014年

7 张杰;深海立管参激—涡激联合振动与疲劳特性研究[D];天津大学;2014年

8 吴学敏;考虑大变形的深水立管涡激振动非线性分析方法研究[D];中国海洋大学;2013年

9 林琳;绕圆柱湍流场发展及立管涡激振动的研究[D];大连理工大学;2013年

10 邓瑞;海洋立管系统的应力磁测技术研究[D];中国海洋大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 吴梓鑫;波流联合作用下海洋立管载荷与响应分析[D];江苏科技大学;2015年

2 潘佳;深水立管涡激振动响应和疲劳损伤分析[D];大连理工大学;2015年

3 金鹏;钢悬链线立管触地区管土作用分析[D];大连理工大学;2015年

4 宋祥龙;立管间接—靶式喷嘴复合蒸发冷却空调机组的实验研究[D];西安工程大学;2015年

5 华毓江;深海钢悬链线立管与海底土体相互作用研究[D];浙江工业大学;2015年

6 覃振东;环境荷载对钢悬链线立管影响的参数研究[D];天津大学;2013年

7 余承龙;内波场中海洋立管动力响应研究[D];中国石油大学(华东);2014年

8 董永强;深海钢悬链线立管的分析与设计[D];哈尔滨工程大学;2008年

9 陈鹏;集束立管塔的设计和动态分析[D];哈尔滨工程大学;2009年

10 黄鸿;基于顶张紧式立管干涉分析的多目标优化设计[D];大连理工大学;2010年

，

本文编号：1296010