海中输流立管涡激振动试验研究及疲劳寿命分析

为研究海洋立管涡激振动响应并预测其疲劳寿命,在中国海洋大学物理海洋实验室大型风-浪-流水槽进行海洋立管涡激振动模型试验.考虑管内流体的流动,运用相似理论将实际海洋立管缩放为试验模型,施加不同流速的外流,测得立管在涡旋脱落时顺流向及横向振动的应变时程曲线,根据实测结果,采用Miner理论对立管进行疲劳寿命分析.结果表明:立管横向振动比顺流向振动强烈,大约高一个数量级;随骀着外流流速的增加,管道横向及顺流向振动明显增加,立管的疲劳寿命降低;立管中部及端部振动比较强烈,疲劳寿命较其它位置处低,容易发生疲劳破坏.     

关于海洋立管设计标准中内流作用的分析与探讨

针对内流对海洋立管动力特性的影响,比较国外现行的两部海洋立管设计标准(美国API RP 2RD和挪威DNV-OS-F201)中对内流的描述和相关规定。从立管的动力平衡方程入手,结合已有的关于稳定内流的理论和试验研究成果,通过计算比较,指出两个标准中尚需改进之处,并提出相应的建议。     

深水立管设计标准中内波作用的分析与探讨

深水立管的设计、建造以及安装都必须依据相关规范进行,中国当前尚未出台专门针对立管设计的相关标准,现阶段还是以参考国外规范为主。本文首先对立管设计、安装中涉及的相关规范和工业标准进行介绍,论述当前国外API、ABS和DNV设计规范中关于深水立管环境条件及其载荷的相关规定,然后针对中国南海等海域普遍存在的内波现象,分析了内波尤其是内孤立波对顶张力立管的影响,结果表明,内孤立波会引起立管较大的位移以及较高的应力幅值,需要在设计分析中加以考虑。最后对中国在引入API、ABS和DNV等相关规范设计深水立管时提出相应的建议,以期为南海海域油气开发中立管的设计提供参考。     

系泊链海水疲劳性能初步研究

通过试验研究了直径最大到187 mm的R4和R4S级系泊链在人工海水中的疲劳性能。根据疲劳试验得到了相应载荷振幅下的疲劳循环次数,并将结果和DNVGL OS-E301及API RP 2SK中的设计曲线进行了比较和分析。通过链环有限元计算,结合实际试验结果,验证了链环在拉伸载荷下的应力分布和断裂热点,为进一步分析系泊链疲劳失效机理和海洋平台系泊系统设计提供了有效的试验数据。     

抑制涡激振动的螺旋列板设计参数研究

基于水池模型实验结果和工程设计经验,结合国内外试验数据,着重分析用于抑制海洋立管涡激振动的螺旋列板几何参数(鳍高和螺距)及覆盖率对立管涡激振动的影响;并对水动力直径和水动力系数的选取对预报涡激振动的影响进行了分析,进而提出了适合于海洋立管工程应用的螺旋列板几何和设计参数选取的建议,为螺旋列板工程应用、海洋立管强度和疲劳设计提供参考。     

深海悬链线立管涡激疲劳损伤研究

讨论海洋平台钢质悬链线式立管SCR(Steel Catenary Riser)的涡激疲劳损伤问题。对于悬链线立管外的流体,给出涡脱落频率和升力对立管作用的计算方法。悬链线立管采用索结构模型,进行动力学分析并利用模态叠加法对其进行动力响应分析。根据Palmgren-Miner线性累积损伤准则并结合S-N曲线,分析在不同流速下立管的涡激疲劳损伤。以工程中实际使用的1 500 m Spar海洋平台悬链线立管为例,对立管的涡激疲劳损伤进行了预报。并通过立管的参数研究,分别就立管外不同来流速度、立管壁厚、内部流体密度和柔性接头刚度对其疲劳损伤的影响进行了分析,得到了一些有意义的研究结果。     

月牙肋抑振装置对柔性立管涡激振动抑振作用的试验研究

海洋立管的涡激振动会对立管结构的疲劳寿命产生严重的影响。提出1种月牙肋抑振装置,通过在室内水槽中进行物理模型试验,研究该装置在涡激振动情况下对立管的抑振作用。测得该装置在立管表面不同布置方式时顺流向及横流向振动的应变时程曲线,使用DASP软件对所测数据进行分析处理,得到立管的振动幅值和功率谱。试验结果表明:这种月牙肋抑振装置可明显降低立管模型的振动幅值,且对振动频率有一定的影响,同时也表明不同的布置方式对立管的抑振效果也不相同。     

基于MATLAB的海洋立管涡激振动数值模拟系统研究

基于MATLAB开发海洋立管涡激振动数值模拟系统NSVIV 1.0,系统采用尾流振子模型模拟外流对立管结构的作用,考虑内流对立管结构的影响,对立管的涡激振动动力响应和疲劳寿命进行预测分析。系统界面简洁清晰,使用方便,适用于顶张力立管,为进一步集成功能齐全的海洋立管设计分析软件打下基础。     

考虑内流的海洋立管动力特性和动力响应的实验研究

本文考虑管内流体和管外流体的共同作用,对海洋立管进行试验研究。试验在中国海洋大学物理海洋试验室进行,通过试验得到了立管的一些有价值的规律:随着外流流速逐渐增大,立管的一阶激振频率也逐渐增大,在一定的外流速下,会激起立管的二阶激振频率甚至于三阶激振频率,由于立管的刚度较大,内流对立管的影响并不明显。但是当外流达到一定流速,这种影响就会显现出来,内流的存在会降低海洋立管的振动频率。     

海洋立管抑振装置优化布置的实验研究

设计1种梯形截面的三螺旋导板抑振装置,在实验室大型水槽进行海洋立管涡激振动实验.通过改变这种抑振装置的覆盖方式和覆盖范围,研究梯形截面螺旋导板的不同覆盖方式和覆盖范围对抑制海洋立管涡激振动的作用.实验时用动态电阻应变仪采集立管模型横向和顺流向的动态响应数据,并利用雨流计数法对模型进行疲劳分析.实验结果表明:在外流流速相同的条件下,三螺旋导板各种覆盖方案对涡激振动都有抑制作用;随着螺旋导板覆盖率的增加,立管的振动减弱,疲劳寿命增加;覆盖螺旋导板的立管顺流向振动频率明显降低,横向振动频率当覆盖率较高时有所降低,覆盖率较低时基本没有变化.