【摘 要】
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深海立管在服役过程,受到海洋环境浪流的作用,与海床土发生动力相互作用,触地区动力响应显著,易发生疲劳损伤甚至局部失效破坏,威胁立管使用安全与稳定。本文以深海悬链线立管为研究对象,建立立管力学计算分析模型,充分考虑竖向和侧向管土耦合作用,基于向量式有限元编制求解程序,进行立管静动力响应分析,探究波浪、海流及土壤特性参数对立管动力性能的影响。同时,建立立管触地区管土作用试验模型,开展不同顶端平台激励作
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“计及与托管架和海床接触耦合效应的深海管道S型铺设整体动力特性响应研究”(51809048); 福建省自然科学基金项目“基于管土耦合效应的钢悬链线立管触地区疲劳损伤机理研究”(2018J05081);
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深海立管在服役过程,受到海洋环境浪流的作用,与海床土发生动力相互作用,触地区动力响应显著,易发生疲劳损伤甚至局部失效破坏,威胁立管使用安全与稳定。本文以深海悬链线立管为研究对象,建立立管力学计算分析模型,充分考虑竖向和侧向管土耦合作用,基于向量式有限元编制求解程序,进行立管静动力响应分析,探究波浪、海流及土壤特性参数对立管动力性能的影响。同时,建立立管触地区管土作用试验模型,开展不同顶端平台激励作用下的立管触地区动力响应试验研究,结合动力响应结果探究不同波浪、海流及土壤特性参数条件下立管触地区的疲劳损伤特性,主要研究内容分为以下几个方面:(1)深海悬链线立管静动力分析理论与方法研究。结合实际深海环境特征,采用谱分析方法模拟随机波浪,根据实测资料采用插值法计算海流流速分布,给出浮式平台运动激励方程,分析了随机波浪、海流及浮式平台运动作用,基于向量式有限元法对立管进行受力分析,建立深海悬链线立管静动力计算方法。(2)深海悬链线法立管计算模型及响应研究。根据深海悬链线立管的受力特点,充分考虑水动力荷载与浮式平台运动激励作用,采用非线性海床土壤模型和修正摩擦模型模拟竖向和侧向的管土作用,建立深海悬链线立管静动力分析模型,计算得到立管初始形态与内力分布,与Orca Flex计算结果对比,验证了模型的精确性和有效性,分析立管整体动力响应,得出立管形态、张力、弯矩和应力响应。(3)深海悬链线立管触地区管土相互作用试验研究。基于波流水槽试验模型,建立了悬链线立管三维运动试验分析系统,针对立管触地区管土动力作用进行试验模拟,考虑波浪与水流的冲刷,探究不同浮式平台激励作用对管土耦合作用的影响,揭示触地区应变响应时程和管道埋深规律。(4)深海悬链线立管动力响应及触地区疲劳损伤参数影响研究。结合实际深海海洋环境特征,分析不同波浪、海流及土壤参数作用下的立管动力响应,利用S-N曲线和Miner线性累积损伤准则研究立管触地区疲劳损伤,建立疲劳寿命和疲劳可靠度分析模型,进行疲劳可靠度分析,得出载荷条件及土壤参数对立管触地区疲劳特性的影响规律。
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