海底管道的立管段结构是连接平台和海底管道或者井口的主要结构,所处外部环境相当复杂,一直是石油工程领域研究的热点。目前国内对浅海立管的理论研究已相对成熟,但对深海立管的研究尚处于起步阶段。深海立管主要受到波浪、海流、风载等环境载荷作用,同时还受到浮式平台运动的影响。这些载荷往往会造成立管及其它位置上管道的振动问题进而引发管道疲劳损伤等问题。因此对于深海立管这种L/D相对较大的柔性结构,在不同的L/D区域内,立管的振动特性的讨论相当重要,但目前国内还尚未看到有相关资料,对立管在复杂环境下振动特性等问题的研究还不很成熟。针对这一现状,本课题将立管随水深的不断加深所呈现的振动特性为主要研究内容,力图通过理论研究,对DNV-2002年最新管道设计标准中的有关问题的实际应用提出有益的建设性意见。论文具体研究主要分成以下部分:(1)浅海立管的振动特性研究;(2)深海立管的非线性振动特性研究。深海立管与浅海立管的最明显不同在于:深海立管的大尺度所引发的非线性振动问题、浮体与立管间的运动耦合问题。论文基于Lump-Mass方法,结合ANSYS有限元程序对深水立管的几何非线性问题展开了较深入的研究工作。在进行深海立管模态研究时,基于经典理论,运用Matlab语言编制程序计算模态经典解用于和ANSYS结果进行比较,另外,在ANSYS分析过程中,运用APDL语言进行有限元前后处理。在浮体和立管之间的耦合问题的处理上,考虑到浮体相对质量较大,受波浪作用后漂移的频率相对立管振动频率较小,为简化研究突出重点:采用了将浮体的漂移运动与立管振动分开考虑的方法。即:在讨论立管振动时,忽略浮体运动,视立管与浮体联结点处于相对固定的工作位置,而后再考虑浮体和立管之间运动耦合。该课题具有很强的实用性及工程背景,对深水海底管道立管的设计开发具有较重要的理论意义。