考虑管土作用的钢悬链式立管与浮体整体分析研究

论文摘要

钢悬链式立管是海洋油气开采的关键设备,通过柔性接头为立管和平台之间提供一种承压连接,通过锚固的方式把立管底部固定在海床井口。立管顶端受平台振动运动和海洋环境荷载的作用产生高应力循环而发生疲劳损伤,同时引起立管与海床土的往复运动,使得立管触地区成为疲劳破坏的高发区。因此本文以在管土耦合作用下钢悬链式立管与浮体的整体分析作为主要的研究对象进行数值模拟研究。首先,以钢悬链式立管与浮式平台分析模型为重点研究对象,以疲劳分析理论为辅,在非线性低强度海床土的基础上,研究半潜式平台运动方式、平台三维运动周期和运动幅值对立管触地区动态行为的影响,包括触地点应力分布、贯入位移和疲劳损伤分布情况等。研究结果显示:平台的垂荡运动对立管触地点和顶端的动态响应的影响最大,由于触地区海床侧向阻力作用,横荡运动对立管触地点的动态响应影响较小,三维运动的耦合将会在一定程度上降低SCR触地区的疲劳损伤,因此仅考虑平台的垂荡运动来预测立管的疲劳损伤是不准确的。其次,以三维管土相互作用作为主要研究内容,以浮体三维运动激励作为立管顶部的边界条件,研究不排水抗剪强度、抗剪强度梯度、吸力因子、吸力衰减参数与再贯入偏移参数等对立管触地区动态响应的影响程度,同时分析了线性海床与非线性海床对SCR触地区动态响应的影响。分析结果表明:非耦合模型下,不排水抗剪强度与吸力因子的数值越大,立管触地区的疲劳损伤越大,且影响程度明显,吸力衰减参数与再贯入偏移参数的数值大小与立管触地区的疲劳损伤呈反比,抗剪强度梯度对立管触地区动态响应的影响最小。研究成果验证了平台三维运动对预测立管触地区疲劳损伤的合理性,并研究了非线性海床土参数的敏感性,为后续的立管设计工作提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 钢悬链式立管
•   1.3 国内外研究现状
•     1.3.1 SCR与浮体的整体分析
•     1.3.2 管土作用研究现状
•   1.4 本文研究内容
•   1.5 创新点
• 第二章 基本理论
•   2.1 SCR与浮式平台耦合分析方法
•     2.1.1 钢悬链式立管模型及锚泊系统参数
•     2.1.2 半潜式平台模型参数
•     2.1.3 运动方程
•   2.2 三维管土相互作用模型
•     2.2.1 法向管土作用模型
•     2.2.2 侧向管土作用模型
•   2.3 疲劳分析理论
•     2.3.1 雨流计数法
•     2.3.2 S-N曲线
•     2.3.3 Miner线性累计损伤准则
•   2.4 本章小结
• 第三章 浮式平台与SCR的整体分析
•   3.1 算例分析
•   3.2 动态分析结果与讨论
•     3.2.1 平台运动方式的影响
•     3.2.2 平台运动周期的影响
•     3.2.3 平台运动幅值的影响
•     3.2.4 疲劳分析
•   3.3 本章小结
• 第四章 海床土参数对SCR触地区动态行为的影响分析
•   4.1 数值模型
•   4.2 不同海床模型对SCR触地区动态响应的影响
•   4.3 不同海床土参数对SCR触地区动态响应影响程度分析
•     4.3.1 不排水抗剪强度的影响
•     4.3.2 抗剪强度梯度的影响
•     4.3.3 吸力因子的影响
•     4.3.4 吸力衰减参数的影响
•     4.3.5 再贯入偏移参数的影响
•   4.4 疲劳分析
•   4.5 本章小结
• 第五章 研究结论与展望
•   5.1 研究结论
•   5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文及研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 尤岩岩

导师: 白兴兰

关键词: 钢悬链式立管,三维管土相互作用,整体分析,数值模拟,疲劳分析

来源: 浙江海洋大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 浙江海洋大学

基金: 国家自然科学基金面上项目(51879238),浙江省基础公益研究项目(LGF18E090008)

分类号: P756.2

DOI: 10.27747/d.cnki.gzjhy.2019.000378

总页数: 66

文件大小: 5281K

下载量: 98