基于结构应力的海底管道悬跨段VIV响应的焊缝疲劳研究

作     者：张龙 赵天奉 戴琳琳 

作者机构：中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院 

出 版 物：《哈尔滨工程大学学报》 (Journal of Harbin Engineering University)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 082003[工学-油气储运工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51679251) 

主　　题：悬跨管道 焊缝 涡激响应 结构应力 疲劳 

摘      要：针对涡激响应条件下海底悬跨管道传统焊接疲劳的局限性，本文根据实际海洋工况条件，建立全尺寸海底悬跨管道含焊缝的“Beam-shell有限元耦合模型，并将网格不敏感的结构应力法与涡激响应理论模型相结合，对相关的疲劳寿命公式拓展，提出适用于含焊缝的悬跨管道涡激响应的疲劳评价模型，使其具有海洋工程特色。结果表明：涡激响应导致的焊缝疲劳不仅取决于流速引起的涡激响应主导区间，而且还与海流流速的分布概率密切相关。在该小流速主导的海域中，由于顺流向涡激响应启动流速较低，更易被激发多模态的涡激响应，反而较横流向涡激响应更危险；横流向涡激响应虽然更剧烈，但启动流速较高，小流速的海况很难激发其响应。另外，该涡激响应的焊接疲劳评价模型具有很好的网格不敏感性，且不存在主S-N曲线选取的主观性，其评价结果可靠。因此，在工程上，可结合该网格不敏感的疲劳评价模型，来提高海底管道设计的安全性和可靠性。