钢悬链线立管触地点区域的疲劳问题研究

发布时间：2020-05-26 11:28

【摘要】：钢悬链线立管由于其成本低、无须定张力补偿等优点已经在深水油气开采中得到广泛应用,但是在复杂的海洋环境作用下钢悬链线立管与浮体发生耦合运动,周期性载荷引发的疲劳问题是深水立管设计的关键问题,其中触地区的疲劳尤为关键。触地点是立管最先与海床发生接触的位置,它是悬垂段和流线段的交点。立管发生运动时会产生新的触地点,变化的触地点位置形成了具有一定长度的区域,称为触地区。触地区内频繁的管土作用导致海床表层土体刚度发生衰减并形成沟槽。由于管土作用过程十分复杂,因此需要研究具体参数及沟槽的形成对触地点区域疲劳的影响。针对这些问题,本文主要工作如下:1.建立了一种上部浮体-钢悬链线立管-非线性土体有限元模型,进行了钢悬链线立管在触地区域的耦合动力响应研究,重点研究了立管在触地区域的特征值如触地点位置、嵌入深度等的变化。2.开展了管土作用下沟槽形成的数值模拟研究,提出了一个包含具体系数建议取值的沟槽快速形成方法,对非线性土壤系数与水深对沟槽的影响进行了分析。3.提出了一个基于有限元计算的沟槽形状回归公式,并与现有公式进行了对比分析。4.进行了沟槽对立管触地区域的疲劳分析,通过平坦海床模型与沟槽海床模型循环应力的对比,研究了沟槽对钢悬链线立管触地区域的具体疲劳影响。
【图文】：

立管,悬链线,种类

起了极大的重视和反响。悬挂在平台和海底设施之间的钢管组成了钢悬链线，立管的形状为悬链形，利用柔性接头(FlexibleJoint)在平台外侧自由悬挂与相链接，免去了传统的液压气动张紧和跨接两个装置，使平台空间更加充悬链线立管的优点在于成本花费低，漂移和升沉运动的容度对于浮式平台来大，完全不用顶张力补偿，更加适合在高压，高温的介质环境中工作，相比，对于深水作业环境钢悬链线立管相比柔性立管与顶张力立管优势明显，是深水中的典型立管类型。经过十几年的发展，为了适应不同工作环境及海洋平台的需要，钢悬链线的设计理念得到了不断发展与延伸，已经发展为三类基本形式：简单悬链线、波型悬链线立管和 S 型悬链线立管。并已被成功应用于张力腿平台(TLPPAR 平台、半潜式平台、浮式生产储油装置(FPSO)，最大使用水深已经达000m。其中波型立管又分为缓波型立管与陡波型立管，S 型立管分为缓 S 型与陡 S 型立管。图 1-1 是典型的钢悬链线立管示意图。

特征段,立管,悬链线

够适应比简单悬链线立管更深的工作水深。链线立管的国内外研究现状悬链线立管触地区域管土相互作用研究点(Touch Down Point)是立管最先与海床发生接触的位置，的交点。上部浮体在海浪的作用下带动立管发生运动时，触会逐渐与海床土体发生接触，，整个接触过程中将会产生新的变化的同时也形成了一条具有一定长度的区域，称为触e)。由于触地区内频繁的管土相互作用，将会产生较大的弯疲劳破坏。因此应该着重研究立管与海床在触地区的相互作链线立管的各个特征段。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P756.2

【参考文献】