钢悬链线立管涡激振动试验研究
发布时间：2021-11-12 05:50
海洋立管是连接海上浮式平台和海床油气井口的主要连接件，用于石油、天然气等的生产和输运。立管的内部一般有高温高压的油、气流过，外部承受海流、波浪、地震等作用，底部与海床土体相互作用，受力十分复杂。当海流流经立管时，在一定流速下会产生漩涡脱落，使得立管发生涡激振动，当漩涡的脱落频率fv与立管的自振频率fn接近时，振动幅值明显增大，发生“锁振”现象，从而加快立管的疲劳破坏。涡激振动是一种复杂的流固耦合振动现象，是当前国内外研究热点。钢悬链线立管是一种大长细比柔性结构，其涡激振动极为复杂。由于涡激振动的影响因素比较多，如结构自身的大变形非线性特性、底部管土的相互作用、顶部张力的变化等，加上海洋环境荷载的耦合作用，使得对于钢悬链线立管的涡激振动动力响应的分析和数值模拟变得十分困难。本文采取试验手段研究在阶段流作用下钢悬链线立管的涡激振动，立管模型采用较大长细比（L/D=390）且具有大变形特性的悬链线立管，拖地段海床土体选用粘土、细砂和混合土体，在海洋工程大型平面随机波流耦合水池中进行涡激振动试验，探索其涡激振动机理及其与海床土体的相互作用规律。主要研究内容如下：（1）在深水池中对悬链线立管模型...
【文章来源】：中国海洋大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景、研究目的和意义
1.1.1 选题背景
1.1.2 研究目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 数值模拟
1.2.2 试验研究
1.3 本文主要研究内容和创新点
1.3.1 本文主要研究内容
1.3.2 本文主要的创新点
2 涡激振动相关理论
2.1 海洋立管涡激振动的机理
2.2 描述涡激振动的相关参数
2.3 海洋立管涡激振动基本特征
3 涡激振动试验方法
3.1 试验目的
3.2 试验模型设计
3.2.1 理论基础
3.2.2 立管模型设计
3.2.3 海床土体模拟
3.3 试验支架和支座设计
3.4 试验设备
3.4.1 实验水池
3.4.2 电阻应变计与数据采集系统
3.4.3 造流机与多普勒流速测量仪
3.4.4 水下摄像仪
3.4.5 起吊系统
4 立管振动试验数据分析
4.1 渐变外流作用下悬链线立管振动规律
4.1.1 粘土模拟海床时立管的涡激振动分析
4.1.2 砂土模拟海床时立管的涡激振动分析
4.1.3 混合土体模拟海床时立管的涡激振动分析
4.2 海床土体类型对涡激振动的影响
5 渐变外流作用下海床土体沟槽的形成
6 研究结论与展望
参考文献
致谢
个人简历
发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]深水钢悬链线立管触地区疲劳实验系统设计[J]. 段梦兰,胡知辉,曹静,赵天奉,房军. 力学与实践. 2011(03)
[2]NUMERICAL PREDICTION OF FATIGUE DAMAGE IN STEEL CATENARY RISER DUE TO VORTEX-INDUCED VIBRATION[J]. GAO Yun State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment and Department of Naval Architecture and Faculty of Vehicle Engineering and Mechanics, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China,ZONG Zhi State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China SUN Lei Faculty of Vehicle Engineering and Mechanics, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China. Journal of Hydrodynamics. 2011(02)
[3]钢悬链线立管触地点区域管土相互作用的有限元分析[J]. 王小东,郭海燕,高秦岭,孟丹. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2010(S1)
[4]深海悬链线立管涡激疲劳损伤研究[J]. 周力,周巍伟,曹静,高云,宗智. 海洋工程. 2010(01)
[5]海洋立管涡激振动的研究现状、热点与展望[J]. 黄旭东,张海,王雪松. 海洋学研究. 2009(04)
[6]质量比对柔性立管涡激振动影响实验研究[J]. 张建侨,宋吉宁,吕林,滕斌. 海洋工程. 2009(04)
[7]柔性立管涡激振动实验的数据分析[J]. 张建侨,宋吉宁,吕林,滕斌. 中国海洋平台. 2009(04)
[8]一般状态下悬链线方程的应用[J]. 王丹,刘家新. 船海工程. 2007(03)
[9]阶梯状来流中立管的涡激振动响应预报[J]. 潘志远,崔维成,刘应中. 上海交通大学学报. 2006(06)
[10]我国海洋深水油气开发面临的挑战[J]. 李清平. 中国海上油气. 2006(02)
博士论文
[1]钢悬链线输流立管非线性振动数值模拟[D]. 孟丹.中国海洋大学 2010
[2]顶张力立管动力响应数值模拟及其疲劳寿命预测[D]. 李效民.中国海洋大学 2010
[3]海洋输流立管涡激振动试验研究及数值模拟[D]. 娄敏.中国海洋大学 2007
硕士论文
[1]深水柔性立管非线性静动力分析[D]. 陈海飞.中国海洋大学 2011
[2]钢悬链线立管的ANSYS非线性有限元分析[D]. 高秦岭.中国海洋大学 2010
本文编号：3490299
【文章来源】：中国海洋大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景、研究目的和意义
1.1.1 选题背景
1.1.2 研究目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 数值模拟
1.2.2 试验研究
1.3 本文主要研究内容和创新点
1.3.1 本文主要研究内容
1.3.2 本文主要的创新点
2 涡激振动相关理论
2.1 海洋立管涡激振动的机理
2.2 描述涡激振动的相关参数
2.3 海洋立管涡激振动基本特征
3 涡激振动试验方法
3.1 试验目的
3.2 试验模型设计
3.2.1 理论基础
3.2.2 立管模型设计
3.2.3 海床土体模拟
3.3 试验支架和支座设计
3.4 试验设备
3.4.1 实验水池
3.4.2 电阻应变计与数据采集系统
3.4.3 造流机与多普勒流速测量仪
3.4.4 水下摄像仪
3.4.5 起吊系统
4 立管振动试验数据分析
4.1 渐变外流作用下悬链线立管振动规律
4.1.1 粘土模拟海床时立管的涡激振动分析
4.1.2 砂土模拟海床时立管的涡激振动分析
4.1.3 混合土体模拟海床时立管的涡激振动分析
4.2 海床土体类型对涡激振动的影响
5 渐变外流作用下海床土体沟槽的形成
6 研究结论与展望
参考文献
致谢
个人简历
发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]深水钢悬链线立管触地区疲劳实验系统设计[J]. 段梦兰,胡知辉,曹静,赵天奉,房军. 力学与实践. 2011(03)
[2]NUMERICAL PREDICTION OF FATIGUE DAMAGE IN STEEL CATENARY RISER DUE TO VORTEX-INDUCED VIBRATION[J]. GAO Yun State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment and Department of Naval Architecture and Faculty of Vehicle Engineering and Mechanics, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China,ZONG Zhi State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China SUN Lei Faculty of Vehicle Engineering and Mechanics, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China. Journal of Hydrodynamics. 2011(02)
[3]钢悬链线立管触地点区域管土相互作用的有限元分析[J]. 王小东,郭海燕,高秦岭,孟丹. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2010(S1)
[4]深海悬链线立管涡激疲劳损伤研究[J]. 周力,周巍伟,曹静,高云,宗智. 海洋工程. 2010(01)
[5]海洋立管涡激振动的研究现状、热点与展望[J]. 黄旭东,张海,王雪松. 海洋学研究. 2009(04)
[6]质量比对柔性立管涡激振动影响实验研究[J]. 张建侨,宋吉宁,吕林,滕斌. 海洋工程. 2009(04)
[7]柔性立管涡激振动实验的数据分析[J]. 张建侨,宋吉宁,吕林,滕斌. 中国海洋平台. 2009(04)
[8]一般状态下悬链线方程的应用[J]. 王丹,刘家新. 船海工程. 2007(03)
[9]阶梯状来流中立管的涡激振动响应预报[J]. 潘志远,崔维成,刘应中. 上海交通大学学报. 2006(06)
[10]我国海洋深水油气开发面临的挑战[J]. 李清平. 中国海上油气. 2006(02)
博士论文
[1]钢悬链线输流立管非线性振动数值模拟[D]. 孟丹.中国海洋大学 2010
[2]顶张力立管动力响应数值模拟及其疲劳寿命预测[D]. 李效民.中国海洋大学 2010
[3]海洋输流立管涡激振动试验研究及数值模拟[D]. 娄敏.中国海洋大学 2007
硕士论文
[1]深水柔性立管非线性静动力分析[D]. 陈海飞.中国海洋大学 2011
[2]钢悬链线立管的ANSYS非线性有限元分析[D]. 高秦岭.中国海洋大学 2010
本文编号：3490299
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