深海双层管S型铺设动力响应分析

发布时间：2021-06-08 07:21

　　双层管结构逐渐在深海油气开发中得到广泛应用。本文建立了深海双层管S型铺设力学模型,提出一种简化等效计算方法,充分考虑管道与托管架滚轮以及海床土的接触耦合作用,数值计算得出的静力结果与解析解吻合较好。进一步在随机波浪、海流以及铺管船运动共同作用下进行动力响应分析,计算得出等效管和双层管中外管与内管的整体动力响应,研究了外管和内管径厚比对响应幅值的影响。结果表明:双层管等效模型可以有效模拟计算管道动力行为,得出的外管张力、弯矩、应力和应变响应远大于内管,其响应幅值受相应外管和内管径厚比的影响显著,可为双层管在深海铺设的初步设计奠定理论基础。 

【文章来源】：船舶力学. 2020,24(09)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

深海S型铺设双层管示意图

深海双层管S型铺设时受到外部荷载张力、弯矩和水动力作用，外管与内管发生协同变形。基于双层管的受力与变形特性，建立一种等效计算模型，如图2所示，保持等效管与双层管的外径、重度、抗拉刚度和抗弯刚度相等，从而保证管道受到的水动力荷载、张力和抗弯能力相同。由于管道铺设过程受到的扭矩和剪力较小，基本可以忽略，因此未考虑扭转刚度和剪切刚度的等效。根据双层管等效方法，可以计算得出等效管的直径和壁厚为式中：Deq为等效管的直径，Do和Di分别为双层管中外管和内管的直径，teq为等效管的壁厚，to和ti分别为双层管中外管和内管的壁厚。

为了更好地描述管道受力性能，将管道离散成一系列质量节点和连接弹簧，如图3所示，管道的质量均匀分布在各个节点上，节点之间用无质量的弹簧单元连接，取一中间节点及其相邻单元为研究对象，建立局部坐标系N-xyz和S-xyz，单元中心位置的轴向和扭转弹簧模拟管道轴向拉伸和扭转特性，节点两端坐标轴Nz和Sz之间的转动弹簧模拟管道的弯曲特性，节点和单元的受力与运动状态体现管道的受力与变形。对管道单元进行分析，受到外部水压力和内部流体压力时，根据受力平衡可计算有效张力为

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3217946