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Nonlinear Analysis of Flexible and Steel Catenary Risers with Internal Flow and Seabed Interaction Effects 被引量:4
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作者 陈海飞 徐思朋 郭海燕 《Journal of Marine Science and Application》 2011年第2期156-162,共7页
Flexible risers and steel catenary risers often provide unique riser solutions for today’s deepwater field development. Accurate analysis of these slender structures, in which there are high-speed HP/HT internal flow... Flexible risers and steel catenary risers often provide unique riser solutions for today’s deepwater field development. Accurate analysis of these slender structures, in which there are high-speed HP/HT internal flows, is critical to ensure personnel and asset safety. In this study, a special global coordinate-based FEM rod model was adopted to identify and quantify the effects of internal flow and hydrostatic pressure on both flexible and deepwater steel catenary risers, with emphasis on the latter. By incorporating internal flow induced forces into the model, it was found that the internal flow contributes a new term to the effective tension expression. For flexible risers in shallow water, internal flow and hydrostatic pressure made virtually no change to effective tension by merely altering the riser wall tension. In deep water the internal pressure wielded a dominant role in governing the riser effective tension and furthering the static configuration, while the effect of inflow velocity was negligible. With respect to the riser seabed interaction, both the seabed support and friction effect were considered, with the former modeled by a nonlinear quadratic spring, allowing for a consistent derivation of the tangent stiffness matrix. The presented application examples show that the nonlinear quadratic spring is, when using the catenary solution as an initial static profile, an efficient way to model the quasi-Winkler-type elastic seabed foundation in this finite element scheme. 展开更多
关键词 flexible riser steel catenary riser (SCR) rod model internal flow effective tension seabed interaction
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Numerical Study on the Effect of Current Profiles on Vortex-Induced Vibrations in a Top-Tension Riser 被引量:4
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作者 Bowen Fu Lu Zou Decheng Wan 《Journal of Marine Science and Application》 CSCD 2017年第4期473-479,共7页
In this paper, numerical simulations of vortex-induced vibrations in a vertical top-tension riser with a length-to-diameter ratio of 500 using our in-house code viv-FOAM-SJTU are presented. The time-dependent hydrodyn... In this paper, numerical simulations of vortex-induced vibrations in a vertical top-tension riser with a length-to-diameter ratio of 500 using our in-house code viv-FOAM-SJTU are presented. The time-dependent hydrodynamic forces on two-dimensional strips are obtained by solving the Navier-Stokes equations, which are, in turn, integrated into a finite-element structural model to obtain the riser deflections. The riser is discretized into 80 elements with its two ends set as pinned and 20 strips are located equidistant along the risers. Flow and structure are coupled by hydrodynamic forces and structural displacements. In order to study the effects of the shear rate, of the current profiles on the vortex-induced vibrations in the riser, vibrations, with varying shear rates, in both the in-line and cross-flow directions, are simulated. In addition to the time domain analysis, spectral analysis was conducted in both the temporal and spatial domains. Multi-mode vibration characteristics were observed in the riser. The relationship between dominant vibration mode number and the shear rate of current profiles is discussed. In general, the overall vibrations in the riser pipe include contributions from several modes and each mode persists over a range of shear rates. Moreover, the results suggest that with a larger shear rate the position of the maximum in-line time-averaged displacement will move closer to the end where the largest velocity is located. 展开更多
关键词 riserS vortex-induced VIBRATION MULTI-MODAL VIBRATION STRIP theory computational fluid dynamics fluid-structure interaction
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Helical Wire Stress Analysis of Unbonded Flexible Riser Under Irregular Response 被引量:3
3
作者 Kunpeng Wang Chunyan Ji 《Journal of Marine Science and Application》 CSCD 2017年第2期208-215,共8页
A helical wire is a critical component of an unbounded flexible riser prone to fatigue failure. The helical wire has been the focus of much research work in recent years because of the complex multilayer construction ... A helical wire is a critical component of an unbounded flexible riser prone to fatigue failure. The helical wire has been the focus of much research work in recent years because of the complex multilayer construction of the flexible riser. The present study establishes an analytical model for the axisymmetric and bending analyses of an unbonded flexible riser. The interlayer contact under axisymmetric loads in this model is modeled by setting radial dummy springs between adjacent layers. The contact pressure is constant during the bending response and applied to determine the slipping friction force per unit helical wire. The model tracks the axial stress around the angular position at each time step to calculate the axial force gradient, then compares the axial force gradient with the slipping friction force to judge the helical wire slipping region, which would be applied to determine the bending stiffness for the next time step. The proposed model is verified against the experimental data in the literature. The bending moment-curvature relationship under irregular response is also qualitatively discussed. The stress at the critical point of the helical wire is investigated based on the model by considering the local flexure. The results indicate that the present model can well simulate the bending stiffness variation during irregular response, which has significant effect on the stress of helical wire. 展开更多
关键词 UNBONDED flexible riser interlayer interaction HELICAL WIRE stress local flexure bending stiffness variation IRREGULAR RESPONSE
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Fatigue Analysis of Steel Catenary Risers Based on a Plasticity Model 被引量:1
4
作者 Yongqiang Dong Liping Sun 《Journal of Marine Science and Application》 CSCD 2015年第1期76-82,共7页
The most critical issue in the steel catenary riser design is to evaluate the fatigue damage in the touchdown zone accurately. Appropriate modeling of the riser-soil resistance in the touchdown zone can lead to signif... The most critical issue in the steel catenary riser design is to evaluate the fatigue damage in the touchdown zone accurately. Appropriate modeling of the riser-soil resistance in the touchdown zone can lead to significant cost reduction by optimizing design. This paper presents a plasticity model that can be applied to numerically simulate riser-soil interaction and evaluate dynamic responses and the fatigue damage of a steel catenary riser in the touchdown zone. Utilizing the model, numerous riser-soil elements are attached to the steel catenary riser finite elements, in which each simulates local foundation restraint along the riser touchdown zone. The riser-soil interaction plasticity model accounts for the behavior within an allowable combined loading surface. The model will be represented in this paper, allowing simple numerical implementation. More importantly, it can be incorporated within the structural analysis of a steel catenary riser with the finite element method. The applicability of the model is interpreted theoretically and the results are shown through application to an offshore 8.625 steel catenary riser example. The fatigue analysis results of the liner elastic riser-soil model are also shown. According to the comparison results of the two models, the fatigue life analysis results of the plasticity framework are reasonable and the horizontal effects of the riser-soil interaction can be included. 展开更多
关键词 steel catenary riser fatigue analysis riser-soil interaction plasticity model finite element method
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重力流与海底地貌动态相互作用下深水沉积体系发育演化——以大西洋赤道段菩提瓜尔盆地为例
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作者 田纳新 龚承林 +3 位作者 吴高奎 齐昆 朱一杰 刘静静 《石油与天然气地质》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期15-30,共16页
海底地貌对重力流沉积具有重要控制作用并同时受到重力流沉积过程影响。针对重力流与海底地貌动态相互作用下深水沉积体系发育演化研究不足的问题,以大西洋赤道段菩提瓜尔盆地的局部沉积记录为解剖对象,基于三维地震资料,采用RGB三色融... 海底地貌对重力流沉积具有重要控制作用并同时受到重力流沉积过程影响。针对重力流与海底地貌动态相互作用下深水沉积体系发育演化研究不足的问题,以大西洋赤道段菩提瓜尔盆地的局部沉积记录为解剖对象,基于三维地震资料,采用RGB三色融合技术,阐明了深水沉积体系发育演化特征,揭示了重力流与海底地貌的动态相互作用。研究区初始地貌中的主要地貌低点和次要地貌低点控制了早期深水水道和朵叶体的发育:(1)随着主要地貌低点斜坡坡度向远物源一端明显变缓,重力流的速度和能量逐渐减小,向下侵蚀能力变弱、侧向拓宽能力增强,水道剖面形态沿流向依次呈现V型、深U型及碟型;(2)因为水道限制性逐渐减弱,末端非限制性区域发育朵叶体沉积,朵页体上覆于水道充填沉积且向近物源一端生长,最终溢出到研究区西北角的次要地貌低点。水道和朵叶体沉积致使主要地貌低点远物源一端的斜坡坡度进一步变缓,后期块体流被捕获时,其沿流向携带沉积物的能力更容易降低,导致块体搬运沉积复合体(MTCs)在主要地貌低点远物源一端广泛堆积。 展开更多
关键词 地貌低点 动态相互作用 海底地貌 重力流 深水沉积 菩提瓜尔盆地 大西洋赤道段
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基于共旋坐标法的钢悬链线立管管土作用数值分析
6
作者 王树江 顾继俊 +4 位作者 黄俊 高磊 贾纪川 黄晨 陈磊磊 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期163-175,共13页
为分析钢悬链立管(SCR)在顶部浮体小范围垂降、侧向漂移运动下的立管触地段垂向、侧向管土作用,将立管初始贯入海床及侧向移动过程作为准静态问题,在共旋坐标框架内建立三维有限梁单元模型,并耦合p-y加载曲线模拟立管初始贯入海床过程,... 为分析钢悬链立管(SCR)在顶部浮体小范围垂降、侧向漂移运动下的立管触地段垂向、侧向管土作用,将立管初始贯入海床及侧向移动过程作为准静态问题,在共旋坐标框架内建立三维有限梁单元模型,并耦合p-y加载曲线模拟立管初始贯入海床过程,并对比了线性、双线性及非线性管土模型在计算管土响应上的差异,分析了立管顶部水平牵引载荷、海流作用及土体抗剪强度对立管触地段垂向管土作用的影响,进一步研究了浮体小范围漂移工况下的侧向牵引力、土体特性参数对立管触地段侧向、垂向组合的管土作用影响。结果表明:在共旋坐标框架下,非线性管土模型对立管贯入海床的响应模拟更准确;顶部水平牵引力及海流流速增大,均会导致立管贯入海床深度及垂向土阻力减小;土体抗剪强度增大导致立管贯入深度减小但垂向及侧向土阻力增大;顶部浮体侧向牵引力增大致使立管触地段的侧向位移及土阻力增大,但垂向土阻力减小;侧向摩擦系数的增大可显著提高立管触地段的侧向稳定性。本文所述共旋坐标法利用刚体与变形解耦的特性高效求解了立管全局运动及触地段的管土作用,为立管与海床作用研究提供了参考。 展开更多
关键词 钢悬链立管 共旋坐标法 管土作用 贯入深度 土阻力 牵引力 土体参数
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基于海床吸力和刚度衰减模型的深海钢悬链线立管动力响应分析 被引量:14
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作者 王坤鹏 薛鸿祥 唐文勇 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期585-589,596,共6页
运用ABAQUS创建触地单元,将立管-海床作用的模拟简化为3种模型:线性刚度、线性截断、线性截断并考虑海床吸力和刚度衰减.将浮体垂向运动作为立管顶端边界输入,并对3种简化模型进行了计算比较.结果表明:考虑立管-海床分离以及吸力效应对... 运用ABAQUS创建触地单元,将立管-海床作用的模拟简化为3种模型:线性刚度、线性截断、线性截断并考虑海床吸力和刚度衰减.将浮体垂向运动作为立管顶端边界输入,并对3种简化模型进行了计算比较.结果表明:考虑立管-海床分离以及吸力效应对计算结果的影响很大;考虑吸力效应时,在立管和海床分离的阶段会有较多的疲劳应力循环.第③类触地单元较好地反映了吸力的产生和释放过程,其包含的海床刚度衰减模型也给出了令人满意的结果. 展开更多
关键词 钢悬链线立管 立管-海床作用 触地单元 海床吸力 刚度衰减
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群桩条件下桩土相互作用实验研究 被引量:13
8
作者 杨进 彭苏萍 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第2期312-315,共4页
根据海洋钻井实际工程情况,开展了粘性土质条件下群桩模拟实验,研究分析了群桩条件下的桩-土相互作用问题,得出了群桩作用对土应力场的影响关系,模拟实验结果对海上隔水导管的施工具有重要的指导意义。
关键词 隔水导管 土应力 群桩相互作用 粘土
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深水钻井工况下隔水管横向振动特性研究 被引量:6
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作者 刘清友 朱军凯 毛良杰 《西南石油大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1-8,共8页
目前,对隔水管的振动研究鲜有涉及深水钻井工况对其横向振动特性的影响。为此,采用牛顿法建立了隔水管横向振动流固耦合模型,利用微分变换法(DTM)对模型进行求解,分析了钻井液排量与密度、张力比、钻柱结构等因素对隔水管横向振动固有... 目前,对隔水管的振动研究鲜有涉及深水钻井工况对其横向振动特性的影响。为此,采用牛顿法建立了隔水管横向振动流固耦合模型,利用微分变换法(DTM)对模型进行求解,分析了钻井液排量与密度、张力比、钻柱结构等因素对隔水管横向振动固有频率的影响规律。结果表明,钻井液的存在会减小深水隔水管横向振动固有频率;隔水管横向振动固有频率随钻井液密度的增加而降低,随张力比的增加而增大;钻井液排量和钻柱尺寸对隔水管的横向振动固有频率影响不大。该研究可用于指导深水钻井作业,优化深水钻井工艺参数。 展开更多
关键词 深水钻井 隔水管 横向振动 流固耦合 固有频率
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基于ANSYS的气液两相流海洋立管流固耦合特性分析 被引量:17
10
作者 田晓洁 谢大帅 +2 位作者 刘贵杰 谢迎春 邓伟 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第7期260-267,共8页
运用ANSYS软件对气液两相流海洋立管进行了流固耦合特性分析,包括模态分析和动力学分析。模态分析研究了有无流固耦合存在时立管振动模态的变化以及流体边界条件对立管固有频率和阵型的影响;同时,将仿真分析同DNV公式求解的固有频率进... 运用ANSYS软件对气液两相流海洋立管进行了流固耦合特性分析,包括模态分析和动力学分析。模态分析研究了有无流固耦合存在时立管振动模态的变化以及流体边界条件对立管固有频率和阵型的影响;同时,将仿真分析同DNV公式求解的固有频率进行了对比验证。动力学分析研究了单、双向流固耦合振动分析,并将单、双向流固耦合进行了对比分析,同时考虑了立管支承方式、流体边界条件对立管振动的影响,提出了立管减振措施。分析结果对海洋立管的优化设计和运行的可靠性提供了重要的理论意义。 展开更多
关键词 气液两相流 海洋立管 流固耦合 模态分析 动力学分析
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基于非线性海床刚度模型的钢悬链线立管动力响应分析 被引量:3
11
作者 白兴兰 黄维平 +1 位作者 谢永和 赵春慧 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2015年第21期82-88,共7页
基于P-y曲线模拟钢悬链线立管(SCR)-海床相互作用的力学行为,运用弹性地基梁模拟SCR流线段,研究海床刚度模型对SCR动力响应的影响。立管与海床的相互作用取决于土刚度、立管特性和沟槽的发展等诸多因素。现在的方法大多是将海床模拟为... 基于P-y曲线模拟钢悬链线立管(SCR)-海床相互作用的力学行为,运用弹性地基梁模拟SCR流线段,研究海床刚度模型对SCR动力响应的影响。立管与海床的相互作用取决于土刚度、立管特性和沟槽的发展等诸多因素。现在的方法大多是将海床模拟为线性或非线性弹簧系统,而没有考虑土的塑性变形和吸力效应。运用P-y曲线模拟管-土相互作用过程,内容包括:①在浮体升沉运动和波浪载荷作用下,得到了管-土作用的荷载位移曲线、贯入深度和海床分布力的变化情况;②分析立管触地点的位移、弯矩、应力等动力响应特征,与线弹性海床模型进行了比较。研究表明,非线性海床土刚度模型较为准确地模拟了土的塑性变形和约束力对立管触地区动力响应的影响,弹性地基梁单元较好地模拟了立管的流线段,荷载位移曲线也体现了土吸力的产生和释放过程。 展开更多
关键词 钢悬链线立管 立管-海床相互作用 非线性 弹性地基梁单元 海床吸力
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钻井隔水管动力响应及疲劳损伤分析 被引量:8
12
作者 刘洋 段梦兰 +4 位作者 庹鑫 陈景皓 范晓 匡涛 董朋光 《石油机械》 北大核心 2014年第4期25-29,共5页
钻井隔水管受到环境载荷循环作用,属于动态疲劳敏感结构,其疲劳性能分析成为隔水管设计的难题。对不同海洋环境载荷下的钻井隔水管进行时域非线性动力分析,采用雨流计数法、S-N曲线和Miner线性累计损伤准则建立钻井隔水管的疲劳损伤模型... 钻井隔水管受到环境载荷循环作用,属于动态疲劳敏感结构,其疲劳性能分析成为隔水管设计的难题。对不同海洋环境载荷下的钻井隔水管进行时域非线性动力分析,采用雨流计数法、S-N曲线和Miner线性累计损伤准则建立钻井隔水管的疲劳损伤模型,重点研究了环境参数、隔水管几何尺寸和作业参数对钻井隔水管疲劳损伤的影响规律,并对影响钻井隔水管疲劳损伤的因素进行参数敏感性分析。分析结果表明,海床附近的钻井隔水管疲劳损伤随着土体刚度的增大而减小;适当增大钻井隔水管壁厚可以有效地抑制疲劳损伤;焊接偏心距的增大会明显加重钻井隔水管的疲劳损伤。该项研究结果为钻井隔水管设计和施工操作提供了理论依据。 展开更多
关键词 钻井隔水管 管土相互作用 疲劳损伤 参数敏感性 动力响应 有限元
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三角分布的海洋立管涡激振动数值分析 被引量:3
13
作者 张猛 刘冉 +1 位作者 赵桂峰 王军雷 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第19期123-130,共8页
基于格子Boltzmann粒子网格技术,采用XFlow求解器对三角分布的海洋立管进行涡激振动数值模拟。运用二阶范德波尔方程描述二维圆柱横向单自由度涡激振动,研究了三圆柱间距比及来流约化速度对圆柱涡激振动特性的影响,圆柱间距比取L/D=0.5... 基于格子Boltzmann粒子网格技术,采用XFlow求解器对三角分布的海洋立管进行涡激振动数值模拟。运用二阶范德波尔方程描述二维圆柱横向单自由度涡激振动,研究了三圆柱间距比及来流约化速度对圆柱涡激振动特性的影响,圆柱间距比取L/D=0.5、2.0、4.0,来流约化速度为U r=1~9;分析了圆柱涡激振动的振幅、升阻力系数特性及圆柱尾流中旋涡脱落模式。结果表明:圆柱间距比为L/D=0.5、2.0、4.0时对应的上游圆柱涡激振动的锁振区间分别为U r=3.5~7.0、3.5~7.5、3.5~6.0,最大振幅分别为Y rms/D=0.372,0.546,0.470。间距比过大或过小时,其流体流动模式分别受接近效应和尾流效应的影响,中间间距比时,在非锁振区间内,其流体流动模式受两者组合效应的共同影响,在锁振区间,其流体流动模式同大间距比一样主要受尾流效应的影响;流体干涉效应的变化对圆柱升阻力系数的变化起着重要的作用,不同间距比,圆柱升阻力系数的变化趋势相似。 展开更多
关键词 海洋立管 涡激振动 流固耦合 三角分布
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海床土刚度非线性的钢悬链式立管响应分析 被引量:6
14
作者 周阳 杨超凡 黄维平 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期356-362,共7页
基于大挠度柔性梁理论和弹性基础梁理论,本文建立了钢悬链式立管与海床土非线性相互作用的数学模型。用大挠度柔性梁来模拟立管的悬垂段,用弹性基础梁来模拟立管的触地段。其中触地段海床土的刚度根据管线与海床土相互作用的载荷位移曲... 基于大挠度柔性梁理论和弹性基础梁理论,本文建立了钢悬链式立管与海床土非线性相互作用的数学模型。用大挠度柔性梁来模拟立管的悬垂段,用弹性基础梁来模拟立管的触地段。其中触地段海床土的刚度根据管线与海床土相互作用的载荷位移曲线P-y来确定,更真实地模拟海床基础。研究表明:基于该模型开发的程序能与商用软件OrcaFlex较好地吻合,由于所开发程序可以采用较大的计算单元,其计算时间大大减少。与线性海床模型相比,通过该模型计算得到的立管触地点附近的疲劳损伤增幅1~3倍,有利于安全的设计。 展开更多
关键词 钢悬链式立管 柔性梁 管土相互作用 非线性海床 疲劳破坏 大挠度
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深水钢悬链立管的双向涡致疲劳损伤时域模型 被引量:7
15
作者 秦伟 康庄 +1 位作者 宋儒鑫 孙丽萍 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期26-33,共8页
针对深水钢悬链立管(SCR)的双向涡激振动的疲劳损伤问题,采用点涡强度计算流体对结构的横向和顺流向脉动水作用力,进而推导出一种新的尾流振子模型来预报立管结构的双向涡激振动响应.使用该模型对深水钢悬链立管的双自由度涡激振动问题... 针对深水钢悬链立管(SCR)的双向涡激振动的疲劳损伤问题,采用点涡强度计算流体对结构的横向和顺流向脉动水作用力,进而推导出一种新的尾流振子模型来预报立管结构的双向涡激振动响应.使用该模型对深水钢悬链立管的双自由度涡激振动问题进行数值计算.结果表明,在均匀流作用下,立管横向和流向振动呈现稳定的驻波振动形态;在剪切流作用下,立管各节点的运动轨迹可能不会得到稳定的"8"字形,沿管方向的驻波振动形态被打破,形成贯穿结构整体、同时各处振幅趋于均匀的行波振动状态.相比仅考虑横向疲劳而言,双向涡致疲劳分析更能全面评估结构的疲劳损伤情况,尤其在深水钢悬链立管的结构分析中,顺流向疲劳问题应给予充分的关注. 展开更多
关键词 钢悬链立管 双自由度涡激振动 流固耦合 离散点涡方法 疲劳损伤 时域模型
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深水立管干涉分析研究 被引量:5
16
作者 何杨 孙国民 赵天奉 《中国海洋平台》 2014年第4期46-50,共5页
随着立管长度的增加,海洋立管间的干涉风险也在增大,在深水油气田开发的早期就应关注立管干涉问题。立管干涉包含了复杂的物理现象,其中水动力相互作用对于众多立管系统的干涉分析来说不可忽略。该文主要根据DNV-RP-F203规范介绍了基于... 随着立管长度的增加,海洋立管间的干涉风险也在增大,在深水油气田开发的早期就应关注立管干涉问题。立管干涉包含了复杂的物理现象,其中水动力相互作用对于众多立管系统的干涉分析来说不可忽略。该文主要根据DNV-RP-F203规范介绍了基于水动力相互作用的深水立管干涉分析方法,给出了深水立管干涉分析的设计流程,探讨了立管干涉的可接受标准,为深水立管设计分析提供借鉴。 展开更多
关键词 深水立管 干涉 水动力相互作用 尾流效应 拖曳力放大
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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
17
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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钢悬链式立管涡激振动流固耦合非线性分析方法研究 被引量:7
18
作者 刘娟 黄维平 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2014年第3期41-45,共5页
随着油气资源勘探和开发活动不断向深海发展,钢悬链式立管(SCRs)成为深海浮式生产系统油气输送的首选立管,涡激振动是钢悬链式立管设计的核心问题。运用柔性索理论,采用具有弯曲刚度的大挠度细长梁模型模拟SCR,并根据提出的钢悬链式立... 随着油气资源勘探和开发活动不断向深海发展,钢悬链式立管(SCRs)成为深海浮式生产系统油气输送的首选立管,涡激振动是钢悬链式立管设计的核心问题。运用柔性索理论,采用具有弯曲刚度的大挠度细长梁模型模拟SCR,并根据提出的钢悬链式立管非锁定区考虑流固耦合的两向涡激振动模型,研究立管尤其是触地点处的涡激振动特性,算例表明,考虑流固耦合的两向涡激振动模型能够较好的模拟钢悬链式立管的涡激振动,可进行均匀流场中涡激振动的研究分析;钢悬链式立管触地点处的涡激振动响应较大且复杂,应作为SCR涡激振动研究的关键点。 展开更多
关键词 钢悬链式立管 涡激振动 大挠度细长梁 触地点 流固耦合
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深海SCR触地管道与土体水平向作用离心模型试验研究 被引量:2
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作者 何宁 安晓宇 +2 位作者 刘洋 任庆伟 孟毅 《水道港口》 2022年第2期246-251,共6页
针对深海钢悬链线立管系统流线段与土体相互作用问题,采用离心模型试验方法开展管道多次水平向运动循环试验,揭示了考虑淤泥层的管土相互作用机制及破土抗力发挥规律。结果表明:首次推管可以发现,由于软弱淤泥层的存在,土体抗力曲线均... 针对深海钢悬链线立管系统流线段与土体相互作用问题,采用离心模型试验方法开展管道多次水平向运动循环试验,揭示了考虑淤泥层的管土相互作用机制及破土抗力发挥规律。结果表明:首次推管可以发现,由于软弱淤泥层的存在,土体抗力曲线均随位移呈现硬化型曲线,在滑移距离为0.1 D左右时达到破土状态,安装工况、水压试验工况和操作工况对应的破土抗力分别为3.45 kN、4.28 kN和3.78 kN,在破土抗力后管道持续下扎,土拱不断扩大,破土抗力以后的侧向抗力持续增加,呈现重管特征,当最大位移(X/D=2.5)时对三个工况的侧向抗力分别为9.07 kN、12.07 kN和9.97 kN;随后的往复推管过程中可以发现,随着首次推管淤泥层消散,管道接触土体强度增强,管土作用曲线呈轻管特征,在滑移距离为(0.7~1)D时出现峰值抗力,随着往复推管次数的增加,由于土拱范围的累积增大,峰值土体抗力逐渐增加,平均增长幅度不超过25%。 展开更多
关键词 钢悬链线立管(SCR) 管土相互作用 离心模型试验 土体抗力
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基于非线性Pasternak地基模型的海床悬链线立管触地段初始侵彻静平衡解析解 被引量:2
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作者 张治国 沈安鑫 +2 位作者 张成平 PANYT 吴钟腾 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2355-2374,共20页
钢质悬链线立管(steelcatenaryriser,简称SCR)作为深海油气资源开采的首选立管系统,其在与海床土体的相互作用下,对触地段管线埋深以及疲劳寿命影响较大。依据管土相互作用的非线性土体阻力-侵彻深度(p-y)曲线,将其简化为三段线弹性土... 钢质悬链线立管(steelcatenaryriser,简称SCR)作为深海油气资源开采的首选立管系统,其在与海床土体的相互作用下,对触地段管线埋深以及疲劳寿命影响较大。依据管土相互作用的非线性土体阻力-侵彻深度(p-y)曲线,将其简化为三段线弹性土体刚度衰减模型,求得了基于非线性Pasternak地基模型的海床上悬链线立管触地段初始侵彻静平衡解析解。通过与三维有限元算例和5个模型试验算例的对比分析,发现常规Winkler地基模型会高估管线竖向变形与弯矩,验证了基于非线性Pasternak地基模型解析解的合理性与适用性;海床抗剪强度Su0的增加显著提高了三段线弹性土体刚度,降低了管线竖向变形。此外,针对水深H、立管铺设角度g、管线外径D、管线弹性模量E和材料密度r的变化对管线侵彻土体时的物理力学特性进行了参数对比以及安全评估分析。结果表明:立管铺设角度g增大会使管线竖向变形减小,弯矩与剪力则有所增大,角度超过82o易出现屈服破坏;管线外径D的增加会使土体竖向阻力、管线竖向变形与触地段管线弯矩、剪力同步增大,外径超过0.4 m易出现屈服破坏;管线弹性模量E越大,竖向变形越小,弯矩与剪力则有所增大,弹性模量超过275 GPa易出现屈服破坏;管线材料密度越大,管线竖向变形越大,弯矩没有明显变化,剪力则有所增大,密度超过14 850 kg/m3易出现屈服破坏。上述结论可以为海洋管线悬链线立管的前期设计提供一定理论依据。 展开更多
关键词 钢质悬链线立管 管土作用 P-Y曲线 非线性Pasternak地基模型 安全评估
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