深水多跨管道VIV疲劳评估

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海底管道是海上油气生产系统的生命线,其形成的悬跨在海流环境中易发生涡激振动(Vortex Induced Vibration,简称VIV),悬跨的涡激振动是管道疲劳破坏的主要原因。长期以来海底管道涡激振动的研究针对单跨管道的比较多,而实际上在地形复杂的海底,多跨管道是很常见的。与单跨管道相比,多跨管道的振动响应更复杂。若将多跨段管道简单的分成若干单跨管道进行涡激振动响应分析,势必造成很大的计算误差。本文的主要目的便是对多跨管道VIV响应及VIV疲劳评估方法进行计算研究。本文以海底管道多跨段为研究对象,分析了多跨管道涡激振动的特点,采用了两种多跨管道涡激振动响应计算的方法,一种方法是基于DNV响应模型,结合ABAQUS有限元软件对多跨管道的模态分析,编程计算多跨管道涡激振动响应;另一种方法是采用升力系数经验模型,基于能量守恒原理进行频域多跨管道涡激振动响应幅值预报。最后通过实例计算发现这两种方法得到的结果比较一致,证明了上述两种方法的可靠性。本文根据Miner线性疲劳损伤累积理论,利用S-N曲线法计算多跨管道涡激振动疲劳寿命。同时通过算例分析了跨肩长度、相邻跨间长度、海土性质等因素对管道悬跨振动固有频率的影响。重点研究了管土接触非线性边界的影响,并采用时域和频域结合的方法进行了非线性边界多跨管道的涡激振动响应预报。
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