严重段塞流引起的海洋立管振动响应

发布时间：2018-04-06 20:21

  本文选题：严重段塞流　切入点：海洋立管　出处：《工程力学》2017年06期

【摘要】：基于改进的严重段塞流瞬态数学模型和平面刚架理论,建立严重段塞流海洋立管耦合振动数学模型,对数学模型进行求解,研究了严重段塞流引起的海洋立管振动响应。数值模拟过程中,采用欧拉法计算严重段塞流流动参数,利用Galerkin法对立管结构动力学方程进行有限元离散,Newmark-β法求解离散方程。为了提高计算效率和精度,采用了变时间步长逐步积分方案。将数值模拟结果与实验数据进行对比,验证了数学模型和数值方法的准确性。对严重段塞流引起的立管系统位移响应、内力和支承力变化进行了深入分析。结果表明:立管系统的振动响应、内力变化规律与严重段塞流的周期性特征密切相关;弹性基础可以极大降低管道结构的振动幅度及内力,尤其是下倾管的弯曲内力;上升管的高频振动幅度较大,轴力和弯曲内力变化也较大。严重段塞流引起海洋立管振动响应的分析对海洋立管设计及其支承防护具有重要的指导意义。
[Abstract]:Based on the improved transient mathematical model of severe slug flow and the theory of plane rigid frame, the coupled vibration model of marine riser for severe slug flow is established. The mathematical model is solved, and the vibration response of marine riser caused by severe slug flow is studied.In the process of numerical simulation, the Euler method is used to calculate the flow parameters of the serious slug flow, and the Galerkin method is used to solve the discrete equations by using the finite element discrete Newmark- 尾 method.In order to improve the calculation efficiency and accuracy, the variable time step step integral scheme is adopted.The accuracy of the mathematical model and the numerical method are verified by comparing the numerical simulation results with the experimental data.The displacement response, internal force and support force of riser system caused by serious slug flow are analyzed.The results show that the variation of internal force and vibration response of riser system are closely related to the periodic characteristics of serious slug flow, and the elastic foundation can greatly reduce the vibration amplitude and internal force of pipe structure, especially the bending internal force of downdip pipe.The high frequency vibration amplitude of the riser is larger, and the axial force and bending internal force also change greatly.The analysis of vibration response of marine risers caused by severe slug flow is of great significance to the design and support protection of marine risers.
【作者单位】： 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院;山东省油气储运安全省级重点实验室;中煤科工集团重庆设计研究院有限公司;
【基金】：国家自然科学基金项目(51404290) 高等学校博士学科点专项科研基金项目(20110133110004)
【分类号】：TE95

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本文编号：1718761