深水钢悬链立管的动力分析
我国的南海油气资源非常丰富，但大部分处于深海。而我国的油气开采主要处于浅海区域，技术落后于其他国家，因此深海自主技术的研究迫在眉睫。深水开发时，立管系统必不可少。钢悬链立管是深水开发立管系统的第一选择。它和海洋缆索系统类似属于细长的海洋工程结构物，几何非线性非常显著。 本文使用集中质量法来研究钢悬链立管的动力响应特性。该方法广泛应用于海洋缆索系统的动力分析，在过去的几十年中，已经得到极大的完善并且计算结果足够精确。目前大部分文献在建立模型时，大都建立在自然坐标系中，再通过坐标转换由自然坐标系转换到惯性坐标系，在计算过程中还需要去除产生奇异性的点。本文在惯性系下推导出各种作用于钢悬链立管的载荷的计算方程，由牛顿第二定律得出完整的三维集中质量模型，该模型避免了繁琐的坐标转换和奇异性的发生。同时为了编程方便，把模型转化为了矩阵形式。求解方程时，为了减少计算量和节省求解时间本文使用自适应步长的龙格库塔法，给出了三种不同形式的悬链线方程用于初值的计算，给定的初始条件不同，则选取不同形式的悬链线方程。 最后本文根据上述的理论成果使用MATLAB软件编写了钢悬链立管的动力分析程序。首先使用三个算例验证了程序的准确性和有效性，之后使用该程序分析简单型钢悬链立管的动力特性，讨论了海流、立管内流以及海洋平台的运动对立管动力响应的影响。基于以上分析发现海流的流向、内流的密度对立管内部张力和弯矩的影响较大，立管以大位移的运动来适应海洋平台的运动。
海洋缆索系统;钢悬链立管;集中质量法;动力响应;龙格库塔法
宁波大学
硕士
轮机工程
朱克强
2014
中文
P742
73
2015-08-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）