文档介绍：谨以此论文献给辛勤培育我的母校——中国海洋大学,献给我敬爱的导师——郭海燕教授,献给含辛⋯⋯⋯⋯⋯⋯李效民茹苦抚养我成人的父母,以及所有关心我、帮助我的人
顶张力立管动力响应数值模拟及其疲劳寿命预测。,,盘。.。”≈蒜,善.≯审《扩,≥。垩佟⒄謙。学位论文完成日期:指导教师签字:答辩委员会成员签字
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暨叩叫洱学位论文作者签名:誊放厌学位论文作者签名:摩主友长悔立孑%签字日期:加户年∥月日学位论文版权使用授权书签字日期:卯谀甓嘣拢琾日独创声“明麴趱查基丝盖薹缱别主明数:奎拦亘窒蚱渌逃沟难换蛑な槭本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含未获得用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》,并通过网络向社会公众提供信息服务。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄊ字期师签日导、ⅲ。
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顶张力立管动力响应的数值模拟及疲劳寿命预测摘要本文旨在探索顶张力立管在波浪、海流、管内流动流体、涡旋脱落以及浮式平台\驳船运动等复杂内外环境载荷条件作用下的动力特性和动力响应,预测其疲劳寿命,为工程设计提供理论依据。作为海洋深水油气资源开发基础中的重要设施之一,顶张力立管连接于海洋平台和井口之间,可用于钻井、完井和生产。在深海环境中,海洋立管处于非常复杂的环境中,要承受波浪、海流、上端浮体运动以及地震、冰凌等载荷的作用,其中由风引起的波浪和海流是最重要的载荷。当波浪和海流流经立管时,沿其顺流方向由于流体的粘性及其惯性力将引起立管较大的静位移和动位移,而沿其横向,在一定的流速下在其尾部会产生旋涡脱落,由于旋涡的交替发放,将对其产生交变作用的力,使得立管在横向和顺流向都会发生多阶高模态的涡激振动,同时由于立管顶端浮体的复杂运动以及管内流动流体的作用,立管将会发生更为复杂的耦联振动。这些现象都会加速立管的疲劳破坏,立管一旦破坏将会导致巨大的经济损失并引发严重的海洋污染和次生灾害,因此对立管涡激振动及其波浪流作用下立管的振动响应进行深入研究具有重要的理论和实际意义。关于立管的涡激振动,当前的计算软件如腟蚔都是建立在大量实验得到的水动力系数数据库之上,而且大都只能计算立管横向涡激振动响应。本文采用功能原理考虑管内流动流体和管外海洋环境载荷的共同作用建立了顶张力立管横向和顺流向耦合振动偏微分方程,采用尾流振子模型模拟流体对大长细比项张力立管横向和顺流向的涡激力,在时域内迭代求解流体与结构耦合振动方程,编制了涡激振动数值模拟系统软件甇焉昵牖竦软件著作权8萌砑梢约扑愣フ帕α⒐茉谀诹骱腿我馄拭嫘问降暮A髯饔孟的高阶多模态动力响应及疲劳寿命。软件计算结果与、实验测量结果及他人数值模拟结果进行了对比,表明本文方法对于预测深海立管涡激振动是有效在立管顺流向动力响应分析方面,目前的研究大都考虑了平台的静偏移,而的。
忽略了平台的动态性能,也大都没有考虑内流对立管的影响,并且将非线性拖曳力进行了线性化处理,对各种外界载荷及边界条件共同作用下立管的动力响应及疲劳寿命也缺少综合计算分析。本文综合考虑管内流体流动、海流、随机波浪、浮体运动等各种载荷及边界条件单一或相关载荷共同作用以及非线性拖曳力对立管动力响应的影响,建立了立管非线性运动方程,并用迭代方法求解,计算分析了各种载荷作用下立管的动力响应及其疲劳寿命。计算分析结果表明:内流对立管固有频率、动力响应幅值及响应模态数、疲劳寿命都有一定的影响,特别是内流流速较高时,在工程设计中应该给予足够重视;虽然顺流向涡激振动幅值只是横向振动幅值的.%,但由于顺流向涡激振动频率一般为横向涡激振动频率的两倍,因此顺流向涡激振动对立管的疲劳破坏的影响同样不能忽视;顶张力对横向涡激振动的影响比对顺流向涡激振动更敏感一些,随着顶张力的增加,其振动模态可能会由高阶模态降为低阶模态,而当振动模态没有发生改变时,顺流向和横向振动幅值都随着顶张力的增加而降低;海流、随机波浪和驳船运动激励下的立管主要有两个弯曲应力极值,分别位于立管底端和上端附近处,随着海流流速的增加,立管底端应力显著增加,而上端逐渐减小,立管弯曲应力随着特征波高的增加而增加,随着顶张力的增加而显著降低,随着平均静偏移的增加而增加,慢漂运动幅值主要影