悬跨海底管线动力响应试验与数值研究

发布时间：2021-05-16 18:44

　　随着海洋油气资源开发的飞速发展，海底管线的应用日渐增多。为探索海底管线在海洋环境条件下的灾变过程和损伤机理，并为其安全评估提供理论基础和科学依据，本文通过物理模型试验和数值模型计算，对悬跨弹性海底管线动力响应开展相关研究。海底管线动力响应与海底管线失稳、强度破坏、疲劳损伤等密切相关，掌握海底管线动力响应规律是准确进行海底管线安全评估的基础。本文基于水弹性模型比尺，设计了一套近壁悬跨弹性海底管线动力响应试验研究方案，并针对海底管线服役期间常见海洋环境，开展平底固床、冲蚀固床上悬跨海底管线在规则波、不规则波、水流作用下的动力响应物理模型试验研究，给出了平底固床上悬跨海底管线动力响应受悬跨高度、波浪条件、水流条件的影响规律，以及冲蚀固床上悬跨海底管线动力响应受冲坑长度、波浪条件、水流条件的影响规律，可为认识悬跨海底管线灾变过程、损伤机理和评估悬跨海底管线的安全提供科学依据。在数值研究方面，本文利用三维弹性动力学方程，结合莫里森方程，较好地模拟了规则波浪作用下近壁悬跨弹性海底管线动力响应过程，结合不可压缩流体N-S方程和连续方程，进行管线及其内部流体的三维流固耦合数值计算，基于数值计算结果探讨... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：133 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文的主要工作
2 悬跨海底管线动力响应试验相似关系、试验条件及试验数据处理
    2.1 悬跨海底管线动力响应试验的相似关系
    2.2 悬跨海底管线动力响应试验条件
        2.2.1 试验设备
        2.2.2 管线模型
        2.2.3 试验波流要素
        2.2.4 平底固床上悬跨海底管线动力响应试验布置
        2.2.5 冲蚀固床地形上悬跨海底管线动力响应试验布置
    2.3 悬跨海底管线动力响应试验的数据处理
3 平底固床上悬跨海底管线动力响应试验研究
    3.1 规则波作用下试验研究
        3.1.1 动力响应的应变时间过程线
        3.1.2 应变幅沿跨长的分布
        3.1.3 顺向与垂向动力响应联合作用
        3.1.4 悬跨高度、柯西数对悬跨海底管线动力响应的影响
    3.2 不规则波作用下试验研究
        3.2.1 动力响应的应变时间过程线
        3.2.2 有效应变幅沿跨长的分布
        3.2.3 顺向与垂向动力响应联合作用
        3.2.4 悬跨高度、柯西数对悬跨海底管线动力响应的影响
    3.3 水流作用下试验研究
        3.3.1 动力响应的应变时间过程线
        3.3.2 均方根应变幅沿跨长的分布
        3.3.3 折减速度对悬跨海底管线动力响应的影响
        3.3.4 悬跨高度对悬跨海底管线动力响应的影响
    3.4 本章小结
4 冲蚀固床地形上悬跨海底管线动力响应试验研究
    4.1 规则波作用下试验研究
        4.1.1 动力响应的应变时间过程线
        4.1.2 应变幅沿跨长的分布
        4.1.3 冲坑长度、柯西数对悬跨海底管线动力响应的影响
    4.2 不规则波作用下试验研究
        4.2.1 动力响应的应变时间过程线
        4.2.2 有效应变幅沿跨长的分布
        4.2.3 冲坑长度、柯西数对悬跨海底管线动力响应的影响
    4.3 水流作用下试验研究
        4.3.1 动力响应的应变时间过程线
        4.3.2 均方根应变幅沿跨长的分布
        4.3.3 冲坑长度、折减速度对悬跨海底管线动力响应的影响
    4.4 本章小结
5 波浪与内流作用下悬跨海底管线动力响应的数值模拟
    5.1 数学模型建立
        5.1.1 管线结构的控制方程
        5.1.2 管线上波浪力的计算方法
        5.1.3 管内流体的控制方程
        5.1.4 控制方程的有限元求解
        5.1.5 空间数值离散
        5.1.6 支承条件、结构阻尼及附加质量
        5.1.7 流固耦合边界条件及计算方法
    5.2 波浪作用下悬跨海底管线动力响应的数值模拟
        5.2.1 数值计算参数
        5.2.2 数值结果与试验结果的比较
        5.2.3 数值计算结果
        5.2.4 小结
    5.3 内流对悬跨海底管线动力响应影响的数值模拟
        5.3.1 数值计算参数
        5.3.2 数值结果与理论解比较
        5.3.3 数值计算结果分析
        5.3.4 小结
    5.4 本章小结
6 翼板扰流器对管线动力响应影响的数值模拟
    6.1 数学模型建立
        6.1.1 控制方程
        6.1.2 边界条件
        6.1.3 网格控制与计算方法
    6.2 数值计算参数
    6.3 数值模型的验证
    6.4 数值模型计算结果与分析
        6.4.1 尾流场涡旋结构分析
        6.4.2 振动幅度分析
        6.4.3 受力分析
    6.5 本章小结
7 结论
参考文献
攻读博士学位期间发表学术论文情况
创新点摘要
致谢



本文编号：3190206