基于小波包变换的顶张力立管损伤识别

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作者 李效民 张成强 +1 位作者 李福恒 李国顺 《振动与冲击》 北大核心 2025年第12期220-227,共8页

为了能快速准确定位顶张力立管(top tension riser,TTR)的损伤位置,避免立管损伤对经济和环境造成的危害。基于小波包变换提出了一种TTR损伤识别方法,通过分析TTR损伤前后的加速度动态响应,提取其中所包含的结构随损伤演变的相关信息作... 为了能快速准确定位顶张力立管(top tension riser,TTR)的损伤位置,避免立管损伤对经济和环境造成的危害。基于小波包变换提出了一种TTR损伤识别方法,通过分析TTR损伤前后的加速度动态响应,提取其中所包含的结构随损伤演变的相关信息作为损伤特征。首先,采用小波包分解将立管振动加速度信号分解为不同频段的小波包分量;然后,计算各子频带的小波包能量并求和,利用二阶差分法求得小波包能量曲率。通过降低单元弹性模量的方法模拟损伤,将损伤前后的能量曲率差值作为立管损伤识别和定位的指标。针对具有不同损伤场景的TTR仿真模型开展研究,分析了噪声干扰、单元划分与局部质量变化对该方法损伤定位效果的影响。结果表明,该方法能提供准确的立管损伤位置,对噪声的影响具有一定的抗干扰能力,并且不受单元划分的影响,对立管局部质量变化不敏感。 展开更多

关键词 顶张力立管(ttr) 小波包能量曲率差 损伤模拟 损伤识别

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深海顶张式立管组合参激共振的非线性振动分析 被引量：6

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作者 唐友刚 朱龙欢 李杨青 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期811-816,共6页

研究了深海顶张式立管参数激励和涡激共同作用下的非线性振动特性.考虑平台升沉运动激励和涡激力建立立管振动方程,采用多尺度方法求解立管振动方程的近似解析解.考虑和型组合参激共振1 2?????情况研究立管的振动特性,计算得到了立管的... 研究了深海顶张式立管参数激励和涡激共同作用下的非线性振动特性.考虑平台升沉运动激励和涡激力建立立管振动方程,采用多尺度方法求解立管振动方程的近似解析解.考虑和型组合参激共振1 2?????情况研究立管的振动特性,计算得到了立管的幅频响应曲线,分析了平台升沉运动对深海立管非线性振动的影响.结果表明:当参激频率满足和型组合参激共振条件时,立管振动响应中频率为1/2参激频率的亚谐波成分明显;且由于内共振关系的存在,立管1阶模态被激发,其幅值远大于2阶模态幅值;随着平台升沉运动幅值的增大,立管横向振动幅值显著增大,这表明平台运动对于立管弯曲振动有重要影响. 展开更多

关键词 顶张式立管(ttrs) 组合参激共振 多尺度法 涡激振动

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顶张式立管液压气动式张紧器的数值模拟 被引量：3

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作者 陈柏全 余杨 +3 位作者 余建星 徐立新 吴晨 康煜媛 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第10期85-91,共7页

综合考虑液压气柱的张力-冲程非线性关系以及平台-张紧器-立管之间的运动耦合关系,建立带液压气动式张紧器的顶张式立管有限元分析模型。为了更加符合工程实际,该模型中考虑了立管的真实截面布置以及采油树的作用。对4种张紧器模型,即... 综合考虑液压气柱的张力-冲程非线性关系以及平台-张紧器-立管之间的运动耦合关系,建立带液压气动式张紧器的顶张式立管有限元分析模型。为了更加符合工程实际,该模型中考虑了立管的真实截面布置以及采油树的作用。对4种张紧器模型,即恒定集中力模型、传统的简化模型、线性弹簧-阻尼模型以及非线性弹簧-阻尼模型进行对比分析。结果表明:恒定集中力模型不能反映立管张力的变化规律,而且立管响应也存在较大差别,故不宜采用;传统的简化模型过高评估了张紧器的张力水平,有可能导致不准确的立管响应评估结果;线性弹簧-阻尼模型可用于环境条件较温和的情况;该研究建立的非线性弹簧-阻尼模型最能反映张紧器的刚度特性,且在极端载荷环境下尤为适用。 展开更多

关键词 顶张式立管 液压气动张紧器 数值模拟 非线性

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深水顶张式立管参数振动与涡激振动耦合振动分析方法研究 被引量：7

4

作者 吴学敏 黄维平 滕文刚 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期100-105,共6页

考虑浮式平台垂荡引起的顶张式立管参数振动对横向振动的影响及立管与流体的流固耦合作用,开展了深水顶张式立管参数振动与涡激振动耦合振动分析方法研究,提出了深水顶张式立管参数振动与涡激振动耦合的振动模型。利用耦合振动模型对1 5... 考虑浮式平台垂荡引起的顶张式立管参数振动对横向振动的影响及立管与流体的流固耦合作用,开展了深水顶张式立管参数振动与涡激振动耦合振动分析方法研究,提出了深水顶张式立管参数振动与涡激振动耦合的振动模型。利用耦合振动模型对1 500 m水深的顶张式立管进行了算例分析,结果表明:由平台垂荡引起的立管参数振动加剧了立管横向振动的幅值,并且在同一海流速度下沿不同轴向位置处立管的参数振动对立管横向振动幅值的影响不尽相同,立管的参数振动对顺流向振动幅值的影响大于对横流向振动幅值的影响。 展开更多

关键词 深水 顶张式立管 参数振动 涡激振动 流固耦合

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张紧器的结构参数对顶张式立管动力响应的影响研究 被引量：2

5

作者 陈柏全 余杨 +3 位作者 余建星 徐立新 康煜媛 李振眠 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期88-97,共10页

本文针对带液压气动式张紧器的顶张式立管,综合考虑浮式平台-张紧器-立管之间的运动关系、液压气柱的张力-冲程非线性关系、立管的真实截面布置以及采油树的作用,建立更加符合工程实际的三维有限元分析模型,并通过与实验结果对比验证了... 本文针对带液压气动式张紧器的顶张式立管,综合考虑浮式平台-张紧器-立管之间的运动关系、液压气柱的张力-冲程非线性关系、立管的真实截面布置以及采油树的作用,建立更加符合工程实际的三维有限元分析模型,并通过与实验结果对比验证了该模型的正确性。基于该有限元模型,研究了张紧器的结构参数对顶张式立管动力响应的影响。结果表明:活塞和活塞杆的直径以及高压气体的初始压强对立管的动力响应影响最大;低压气体的初始压强以及液压气柱和立管之间的夹角对立管的动力响应也有重要影响;在相同的环境条件下,高压气体和低压气体的初始体积对立管的动力响应的影响较小。 展开更多

关键词 顶张式立管 液压气动式张紧器 结构参数 动力响应

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张紧器系统对顶张式立管固有频率的影响研究 被引量：5

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作者 吴晨 余建星 +2 位作者 余杨 陈柏全 徐立新 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第11期209-216,共8页

采用Euler-Bernoulli梁模型建立立管的水平运动控制方程,并应用Galerkin方法化简求得立管的固有频率。考虑平台的升沉运动,对比了推导的张紧器详细模型和工程常用的简化模型下立管的固有频率。最后基于推导的详细模型,研究了张紧器结构... 采用Euler-Bernoulli梁模型建立立管的水平运动控制方程,并应用Galerkin方法化简求得立管的固有频率。考虑平台的升沉运动,对比了推导的张紧器详细模型和工程常用的简化模型下立管的固有频率。最后基于推导的详细模型,研究了张紧器结构参数对立管固有频率的影响。结果表明:立管固有频率受浮体升沉运动的影响,浮体升沉运动会改变立管的共振特性,引起立管共振点的迁移和转变;采用不同张紧器模型,立管固有频率存在差异,且该差异随着固有频率阶次的增大而增大;立管固有频率受张紧器结构参数的影响,在实际工程中应合理选择张紧器的参数大小,以避免发生参激共振和涡激共振。 展开更多

关键词 顶张式立管 张紧器系统 平台运动 固有频率

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复杂载荷下深水顶张式立管屈曲失效风险分析 被引量：6

7

作者 郝帅 余杨 +2 位作者 吴雷 余建星 张宁 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CSCD 北大核心 2018年第6期555-565,共11页

研究了深水顶张式立管在极端环境载荷、第三方破坏载荷以及材料腐蚀等多种复杂载荷条件下立管的结构屈曲失效风险,并考虑海洋立管风险分析中不加以区分的立管类型与失效形式,采用新的非基于事故统计的方法探究其规律,进行风险辨识.为了... 研究了深水顶张式立管在极端环境载荷、第三方破坏载荷以及材料腐蚀等多种复杂载荷条件下立管的结构屈曲失效风险,并考虑海洋立管风险分析中不加以区分的立管类型与失效形式,采用新的非基于事故统计的方法探究其规律,进行风险辨识.为了研究深水顶张式立管的屈曲失效风险,通过复杂载荷条件下结构致灾机理的辨识建立多立管状态下的故障树模型,采用海洋工程领域中应用较为成熟的专家综合评估法及模糊故障树法进行风险分析,最终从概率及后果两个维度给出屈曲失效薄弱环节.通过实例分析、计算,验证本文提出方法的适用性和可靠性,并得出对深海资源开发有参考价值的结论. 展开更多

关键词 顶张式立管 复杂载荷 屈曲失效 风险分析

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深水顶张式立管全耦合动力响应及参数敏感性分析 被引量：2

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作者 罗坤洪 黄维平 +1 位作者 常爽 柳振海 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2019年第1期108-116,共9页

通过建立双套管与油管的全耦合运动控制方程,使用Newmark-β法,运用Matlab软件进行编程,对模型进行非线性时域动力耦合响应分析,分析在一定波浪环境,不同扶正器布置间距下,立管各层相同节点处耦合动力响应,研究各层管之间发生碰撞和摩... 通过建立双套管与油管的全耦合运动控制方程,使用Newmark-β法,运用Matlab软件进行编程,对模型进行非线性时域动力耦合响应分析,分析在一定波浪环境,不同扶正器布置间距下,立管各层相同节点处耦合动力响应,研究各层管之间发生碰撞和摩擦的最大扶正器布置间距;分析相同扶正器布置间距下,不同顶张力系数对耦合动力响应的影响。结果表明:在波浪作用下,全耦合动力响应分析比等效管更能展现各层管的实际动力响应;扶正器布置间距与顶张力系数的取值不同,会影响各层立管的耦合响应与相对位移,取值不当时,立管会发生碰撞。 展开更多

关键词 顶张式立管 双套管 全耦合 动力响应 敏感性 扶正器 顶张力系数 布置间距

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基于向量式有限元的深水顶张力立管动力响应分析 被引量：8

9

作者 李效民 张林 +2 位作者 牛建杰 韩永庆 郭海燕 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2016年第11期218-223,共6页

向量式有限元法亦称有限质点法是以向量式力学与数值计算为基础的一种结构行为分析的创新性方法。该方法将结构离散为一系列质点的集合,质点间采用单元连接,单元没有质量,只承受内力,质点的运动则直接采用牛顿第二定律来表达,采用中央... 向量式有限元法亦称有限质点法是以向量式力学与数值计算为基础的一种结构行为分析的创新性方法。该方法将结构离散为一系列质点的集合,质点间采用单元连接,单元没有质量,只承受内力,质点的运动则直接采用牛顿第二定律来表达,采用中央差分的显式积分法求解质点群各时刻运动方程。首次将该方法应用于顶张力立管的动力行为分析中,采用平面弯曲杆件元模拟质点间的相互作用力,推导了立管质点运动公式,编制相应Matlab求解程序,计算了立管在海流、波浪作用下的动力响应特性并与基于传统有限元法的结果进行了对比分析,表明该方法在立管行为分析中的正确和有效性,并指出了该方法在处理其它立管形式行为分析中的优势。 展开更多

关键词 向量式有限元(VFIFE) 有限元法(FEM) 向量式力学 顶张力立管(ttr)

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液压式张紧器对顶张力立管静动力响应的影响 被引量：2

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作者 刘德川 李效民 +1 位作者 郭海燕 李福恒 《中国海洋大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期161-170,共10页

为准确了解张紧器对立管静动力响应的影响以及处理传统分析时立管顶部简化处理的问题,本文充分考虑张紧器的作用,基于向量式有限元(VFIFE)法建立立管动力学模型,研究张紧器对立管静动力响应的影响以及对平台运动传递的规律。研究结果表... 为准确了解张紧器对立管静动力响应的影响以及处理传统分析时立管顶部简化处理的问题,本文充分考虑张紧器的作用,基于向量式有限元(VFIFE)法建立立管动力学模型,研究张紧器对立管静动力响应的影响以及对平台运动传递的规律。研究结果表明:本文建立的立管动力学分析模型能够有效考虑张紧器的影响;海流作用下立管的静力分析中,张紧器能提供更大的顶张力,从而减小立管的横向位移以及最大弯矩;波浪以及平台作用下的动态分析中,张紧器对平台纵荡的传递影响较小,对垂荡的补偿效应明显,补偿后的立管顶端位移远远小于平台运动幅值,并且在张紧器对顶部平台运动的缓冲作用下立管的位移和弯矩受平台运动影响不大。因此在分析中考虑张紧器对平台运动的传递补偿作用能更准确合理地施加顶张力以及平台运动,从而能更加有效的预测立管的响应。 展开更多

关键词 顶张式立管 液压式张紧器 向量式有限元 平台运动 立管响应

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不同频率比时立管两向涡激振动及疲劳分析 被引量：12

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作者 唐世振 黄维平 +1 位作者 刘建军 邓跃 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2011年第9期124-128,共5页

考虑四种不同频率比(流向荷载频率/横向荷载频率)情况下,立管两向涡激振动的幅值和疲劳的变化。结果表明:较低频率比且低约化速度条件下,流向自由度对横向振动具有一定的抑制作用;当6.3<约化速度<8.0时,考虑顺流向振动时横向振动... 考虑四种不同频率比(流向荷载频率/横向荷载频率)情况下,立管两向涡激振动的幅值和疲劳的变化。结果表明:较低频率比且低约化速度条件下,流向自由度对横向振动具有一定的抑制作用;当6.3<约化速度<8.0时,考虑顺流向振动时横向振动幅值明显增加。随着频率比的增加,顺流向振动对横向振动的影响逐渐减弱。横向振动对顺流向振动的影响在四种情况下均较为显著,考虑横向振动时顺流向振动幅值急剧增大。两向自由度涡激振动的疲劳在低频率比时明显高于单自由度时的疲劳;顺流向振动疲劳随着频率比的增大受横向振动的影响越来越明显。 展开更多

关键词 顶张式立管 涡激振动 两向自由度 疲劳 动力分析

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基于CFD的多弹性立管升力与阻力系数研究 被引量：4

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作者 黄维平 陈海明 《船海工程》 2011年第2期94-97,共4页

基于Ansys11-Cfd软件模拟横向和竖向双立管6倍中心间距下立管的绕流情况,采用o-grid划分方法对立管处进行加密处理,使结果分析更加精确。针对6倍立管中心间距,横向和竖向排列情况,研究立管升力和拖曳力系数的变化,通过分析比较单立管和... 基于Ansys11-Cfd软件模拟横向和竖向双立管6倍中心间距下立管的绕流情况,采用o-grid划分方法对立管处进行加密处理,使结果分析更加精确。针对6倍立管中心间距,横向和竖向排列情况,研究立管升力和拖曳力系数的变化,通过分析比较单立管和不同排列方式的双立管的升力和拖曳力系数,发现弹性情况与立管刚性情况存在很大的区别,弹性情况更符合真实情况。 展开更多

关键词 顶张式立管 涡激振动 拖曳力系数 流固耦合 ANSYS-CFD

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带浮力块立管的横流-顺流双向涡激振动响应研究 被引量：2

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作者 庄陈怡 李宇坤 +2 位作者 袁昱超 薛鸿祥 唐文勇 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第13期59-66,共8页

布置浮力块是降低深海立管对顶张力的需求以及减小涡激振动疲劳损伤的重要途径,对带有浮力块的立管涡激振动响应展开研究,为理论及实际工程应用提供一定参考。基于刚性圆柱体双向强迫振荡试验数据及能量守恒原理,建立了布置有浮力块的... 布置浮力块是降低深海立管对顶张力的需求以及减小涡激振动疲劳损伤的重要途径,对带有浮力块的立管涡激振动响应展开研究,为理论及实际工程应用提供一定参考。基于刚性圆柱体双向强迫振荡试验数据及能量守恒原理,建立了布置有浮力块的顶张式立管双向涡激振动响应频域预报模型,研究不同浮力块覆盖率对立管涡激振动响应的影响。从抑制涡激振动疲劳损伤角度出发,进行浮力块布置方案优化研究。结果表明,浮力块交错分布可有效降低立管的疲劳损伤,而浮力块全覆盖将增加立管的疲劳损伤。对立管进行浮力块布置时,应使立管涡激振动由立管和浮力块共同控制,以减少振动发生并降低疲劳损伤;亦可使立管涡激由浮力块单独控制,以降低响应模态阶次。同时,为避免产生过大的位移响应,应降低高流速区浮力块的覆盖率以控制结构的能量输入。 展开更多

关键词 顶张式立管 浮力块 涡激振动 横流-顺流双向 频域预报

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计及平台垂荡的立管涡激振动模拟与试验验证 被引量：1

14

作者 袁昱超 薛鸿祥 唐文勇 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期480-487,共8页

针对顶端平台垂荡运动与涡激振动联合作用下顶张式立管动力响应预报问题,提出了一套可供选择的时域数值模拟方法.涡激振动模拟基于流体力分解模型,流体力系数库来源于受迫振荡试验数据.采用时变轴向张力等效立管顶端平台垂荡运动对结构... 针对顶端平台垂荡运动与涡激振动联合作用下顶张式立管动力响应预报问题,提出了一套可供选择的时域数值模拟方法.涡激振动模拟基于流体力分解模型,流体力系数库来源于受迫振荡试验数据.采用时变轴向张力等效立管顶端平台垂荡运动对结构动力响应的影响效应,在每一分析步内根据实时轴向张力更新结构刚度矩阵.最新公布的某2.552 m立管模型试验结果用于验证推荐数值方法在顶张力恒定及时变条件下的有效性,预报结果与试验观测吻合度较高.针对数值模拟与模型试验对比研究中发现的亚谐振响应、非对称振型及Mathieu型共振等现象,进行了深入研究并给出相应解释. 展开更多

关键词 平台垂荡 时变轴向张力 顶张式立管 涡激振动 数值模拟

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立管横流-顺流双向涡激振动数值预报方法 被引量：2

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作者 李宇坤 袁昱超 +1 位作者 薛鸿祥 唐文勇 《舰船科学技术》 北大核心 2022年第3期75-81,共7页

海洋立管涡激振动属于典型的流固耦合问题,涡激振动在横流及顺流方向上会同时发生并存在耦合效应。在以往的相关研究中,常忽略顺流向振动或将横流及顺流向振动响应间相互作用进行弱化。本文以顶张式立管为研究对象,基于圆柱体双自由度... 海洋立管涡激振动属于典型的流固耦合问题,涡激振动在横流及顺流方向上会同时发生并存在耦合效应。在以往的相关研究中,常忽略顺流向振动或将横流及顺流向振动响应间相互作用进行弱化。本文以顶张式立管为研究对象,基于圆柱体双自由度受迫振动试验数据,使用有限元方法和能量平衡方程建立涡激振动频域预报模型。该数值模型能够同时得到立管在横流及顺流方向涡激振动响应特性。通过与均匀流、阶梯流和剪切流3种不同类型来流工况下顶张式立管自激振动实验数据进行对比,验证了数值模型的有效性。该预报方法可为深入理解海洋立管涡激振动问题提供一定的参考。 展开更多

关键词 顶张式立管 涡激振动 横流-顺流双向 频域预报

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不同流场下含内流立管涡激振动响应特性及Coriolis力效应研究 被引量：1

16

作者 李星辉 袁昱超 +1 位作者 薛鸿祥 唐文勇 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期165-173,共9页

细长结构物在海洋来流作用下会发生涡激振动(vortex-induced vibration, VIV),涡激振动是海洋立管疲劳损伤的主要诱因之一。立管实际工作过程中内部输送油气,产生惯性力、科氏力(Coriolis力)和离心力,使得立管的动力响应变得更为复杂。... 细长结构物在海洋来流作用下会发生涡激振动(vortex-induced vibration, VIV),涡激振动是海洋立管疲劳损伤的主要诱因之一。立管实际工作过程中内部输送油气,产生惯性力、科氏力(Coriolis力)和离心力,使得立管的动力响应变得更为复杂。基于含内流立管涡激振动响应时域预报模型,分别计算了在均匀流和剪切流下含内流立管涡激振动响应,并分析了机理较为复杂的科氏力作用。结果表明:均匀外流下内流会降低立管的固有频率,增大响应幅值;剪切外流下内流会激发出更高阶的模态响应。均匀外流下,科氏力在一定区域内固定做正功或负功,分别引起均方根位移的增大或减小;剪切外流下,科氏力使得立管顶部区域均方根位移升高,中部区域均方根位移降低。内流速度越大,科氏力效应越显著。 展开更多

关键词 内流 涡激振动(VIV) 顶张式立管 科氏力 时域模型

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