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管道结构垂向——侧向耦合管土作用机理性试验研究

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海洋工程 2023年第2期41卷 42-49页

作者：李自强袁昱超唐文勇薛鸿祥上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

钢制悬链线式立管的触地段与海床会发生频繁的相互作用,对管道的安全性影响很大。首先探索干土环境下管土作用的机理有助于更好地理解真实海况下管道—湿土作用规律。试验测试是研究管土作用最可信最直接的手段。进行了垂向及侧向管土... 详细信息

钢制悬链线式立管的触地段与海床会发生频繁的相互作用,对管道的安全性影响很大。首先探索干土环境下管土作用的机理有助于更好地理解真实海况下管道—湿土作用规律。试验测试是研究管土作用最可信最直接的手段。进行了垂向及侧向管土作用机理性试验,根据土体抗剪强度验证了试验中相互作用机理与管道尺寸的无关性。研究了不同运动速度对土体反力的影响,发现运动速度对垂向及侧向管土作用均存在一定的放大效应,而垂向低速工况下放大效应不明显;接着分别研究了垂向与侧向管土作用的规律,分析了土体反力变化的成因,最后针对管土垂向—侧向的耦合效应进行研究,发现不同的垂向深度会极大地影响侧向管土作用。为后续的管道—含水土体相互作用试验奠定基础,也可为陆上管土作用相关研究提供参考与建议。

关键词：管土作用土体抗剪强度垂向—侧向耦合速度放大效应试验研究

考虑管土作用的钢悬链线立管动力响应及疲劳分析

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考虑管土作用的钢悬链线立管动力响应及疲劳分析

作者：李敢上海交通大学

学位级别：硕士

我国有着广阔的大陆架以及丰富的深海石油资源，但由于技术及资金限制原因，一直没有得到较好的开发。随着海洋油气资源的开采逐渐向深海推进，越来越多的新型设备被开发出来以适应深水石油开采的需要，作为其中最典型的深海石油开采管... 详细信息

我国有着广阔的大陆架以及丰富的深海石油资源，但由于技术及资金限制原因，一直没有得到较好的开发。随着海洋油气资源的开采逐渐向深海推进，越来越多的新型设备被开发出来以适应深水石油开采的需要，作为其中最典型的深海石油开采管道，钢悬链线立管正在我国的深海石油开采中发挥越来越重要的作用。由于处在恶劣的深海环境中，钢悬链线立管所受的载荷是复杂多变的。本文对钢悬链线立管所受的各种载荷进行了相应的分析与研究，并探讨了钢悬链线立管在各种载荷下的疲劳损伤寿命。首先介绍了钢悬链线立管触地段的管土作用机理以及常用的分析方法，针对各种方法的利弊，选取合适的方法，对不同情况下钢悬链线立管触地段的动力响应进行了分析。其次在考虑钢悬链线立管触地段管土作用的基础上，对钢悬链线立管整体在海洋环境载荷下动力响应及疲劳分析进行了探讨，找出立管上疲劳损伤的敏感点，分别讨论了土体吸力以及土体特征对立管疲劳寿命的影响。再者，对钢悬链线立管涡激振动的机理以及若干重要参数进行了简介，基于涡激振动计算软件SHEAR7，对影响钢悬链线立管涡激疲劳损伤的几个重要参数：顶端张力、弹性模量以及管径进行了分析。最后对立管的裂纹扩展进行了概述，基于单一裂纹扩展率曲线模型，在土吸力有无以及不同土体特征下，对钢悬链线立管上不同点处的裂纹扩展进行了分析，并验证了高载对裂纹扩展迟滞的影响。

关键词：钢质悬链线立管管土作用动力响应涡激振动疲劳损伤疲劳裂纹扩展

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考虑管土作用海底管线涡激振动数值分析

考虑管土作用海底管线涡激振动数值分析

作者：何旭大连理工大学

学位级别：硕士

随着海洋工程建设发展的强劲势头,海洋管线的用量也大幅度上升。管跨的涡激振动是决定海底管线的使用寿命、引发管跨疲劳失效的主要原因,也是对管跨进行可靠性设计、可靠性评估工作所要面对和解决的主要问题。在近岸和离岸工程中的海底... 详细信息

随着海洋工程建设发展的强劲势头,海洋管线的用量也大幅度上升。管跨的涡激振动是决定海底管线的使用寿命、引发管跨疲劳失效的主要原因,也是对管跨进行可靠性设计、可靠性评估工作所要面对和解决的主要问题。在近岸和离岸工程中的海底管线基本都需要土的支撑和保护,用非线性边界模拟土壤对管线的作用则更贴切实际情况,能够更加准确的分析海底管线悬跨段在水流作用下的涡激振动响应,从而使管线应力分布,管线的振动响应分析更加可靠合理,为海底管线疲劳破坏机理以及使用寿命分析提供更为可靠的科学依据。本文对考虑土壤边界条件的海底管线涡激振动进行数值模拟。将VIVANA模型与梁单元结合建立海底管线悬跨段涡激振动(VIV)数值模型,模型中采用三种弹簧模拟管土作用,弹簧分别同不同的P-δ曲线表征。在频域内对线性边界条件下的VIV进行计算,对在计算海底管线涡激振动响应时是否需要考虑管土作用进行了探讨,并且对简支边界和管土边界条件下引发海底管线VIV的流速条件进行了研究。利用频域计算结果在时域中对非线性边界条件下的海底管线涡激振动进行求解,分析了在考虑土壤边界条件下海底管线涡激振动动力响应特征、弯曲应力分布,并且对不同流速以及土壤特性、管线掩埋情况对涡激振动的影响做了研究。

关键词：管土作用海底管线悬跨段涡激振动弹簧

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钢悬链线立管触地区管土作用研究

钢悬链线立管触地区管土作用研究

作者：姚锐浙江海洋学院

学位级别：硕士

随着全球经济的高速发展,对石油天然等化石能源的需求每年成几何倍数增长,陆地和近海油气的开采已经不能满足日益增长的生产和生活需求。近年来,海洋油气开采技术迅速革新,海洋油气开采逐步走向深水(水深500m-1500m)、超深水(水深大于15... 详细信息

随着全球经济的高速发展,对石油天然等化石能源的需求每年成几何倍数增长,陆地和近海油气的开采已经不能满足日益增长的生产和生活需求。近年来,海洋油气开采技术迅速革新,海洋油气开采逐步走向深水(水深500m-1500m)、超深水(水深大于1500m)领域。钢悬链线立管(SCR)作为深水油气开发的一种立管选择,有着良好的环境适应性且成本较低。典型的SCR大致由悬垂段、触地段、流线段组成。由于上部结构物的运动和海洋环境载荷的影响,立管触地点不断发生运动,与海床反复作用,容易造成立管触地区的疲劳破坏。触地区管土作用机理与该区域疲劳分析一直是工程界的一个热点问题。本文首先总结介绍了近年来国内外SCR管土作用数值分析和试验研究的进展和所取得的成果以及存在的不足之处。分析了立管所处海况环境,介绍了波浪、流等海洋载荷对立管以及上部浮体的作用情况,详细阐述了不同荷载的计算方法;使用ABAQUS与OrcaFlex通过模拟安装过程的方法得到立管初始静态安装形态,并与通过传统悬链线理论计算得到的形态进行对比,分析各种方法的准确性;通过海工专用软件对立管进行简单的动态分析,得出立管的易疲劳区域;然后介绍了管土作用的数值模型,对各个参数进行介绍,以此为基础,对立管进行整体动态分析,分析不同参数,如海床土强度、立管上部浮体所处海况波高等因素对立管贯入海床的深度、贯入最深节点的位移时程、立管沿长度方向的弯矩、应力等的影响;最后,设计两套简单易行的管土作用试验装置,进行小尺寸模型试验,更加直观的观察管土作用。第一套设备对立管进行整体动态研究,通过OrcaFlex软件对试验结果进行验证,证明试验设备的准确性。第二套设备对立管触地区进行局部分析,分析不同运动形态,运动周期等对立管触地区应力的影响。

关键词：钢悬链线立管管土作用 Orca Flex 动态分析模型试验

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管土作用对SCR立管疲劳的影响

管土作用对SCR立管疲劳的影响

考虑管土作用及内流影响的缓波型立管动力响应分析

2009年度海洋工程学术会议

作者：王辉王波何宁张昭海洋石油工程股份有限公司大连理工大学

使用有限元法确定了管土作用中粘土海床对于管道的侧向等效摩擦系数,透过该摩擦系数分析了管土作用对于SCR立管疲劳破坏的影响。结果表明管土作用对于SCR立管疲劳破坏具有较大影响,这种影响主要集中在SCR立管着地点附近。

关键词：管土作用 SCR 疲劳

来源： cnki会议评论

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中国计量大学学报 2022年第4期33卷 501-512,526页

作者：丁正旺张火明管卫兵陆萍蓝中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018 自然资源部第二海洋研究所浙江杭州310012 中国计量大学工程训练中心浙江杭州310018

目的:海洋立管在浮体运动及环境载荷的影响下与海床发生管土接触作用,该类管土作用对立管结构强度有重大影响。为保证缓波型立管结构的安全性,要合理确定管土接触载荷。方法:基于Randolph和Quiggin提出的非线性海床模型,利用OrcaFlex建... 详细信息

目的:海洋立管在浮体运动及环境载荷的影响下与海床发生管土接触作用,该类管土作用对立管结构强度有重大影响。为保证缓波型立管结构的安全性,要合理确定管土接触载荷。方法:基于Randolph和Quiggin提出的非线性海床模型,利用OrcaFlex建立集中质量模型。在考虑管土相互作用的基础上,探讨浮体偏移、海床土体属性及相关参数和管内流体对立管动响应的影响,提取立管张力、弯矩、贯入深度、管土作用力等结果进行比对分析。结果:浮体偏移及土体抗剪强度变化对立管触地段的影响较为显著,立管贯入深度及管土作用力受其影响较大,相较于初始状态下的0.0319 m的贯入深度以及1934.2 N/m的管土作用力,近偏状态下的立管贯入深度达到0.0726 m,远偏状态下的管土作用力达到3005.8 N/m;流体密度变化带来的影响相较于流速变化更突出,内流速度变化对立管动力响应的影响甚微。结论:相关结论可为立管设计提供一定参考。

关键词：缓波型立管管土作用内流动力响应

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考虑管土作用海底管线涡激振动分析

中国海洋平台 2011年第6期26卷 21-26页

作者：何旭王永学李小超大连理工大学大连116023

将VIVANA模型与梁单元结合建立海底管线悬跨段涡激振动(VIV)数值模型,利用弹簧模拟管土作用,采用频域和时域非线性相结合的方法对涡激振动问题进行求解,计算在土壤非线性边界务件下的海底管线悬跨段涡激振动响应。采用三种不同的弹簧进... 详细信息

将VIVANA模型与梁单元结合建立海底管线悬跨段涡激振动(VIV)数值模型,利用弹簧模拟管土作用,采用频域和时域非线性相结合的方法对涡激振动问题进行求解,计算在土壤非线性边界务件下的海底管线悬跨段涡激振动响应。采用三种不同的弹簧进行计算,弹簧具有不同的P-δ曲线。本文对求解方法的有效性进行考察,研究了土壤非线性对涡激振动的影响。

关键词：管土作用海底管线悬跨涡激振动弹簧

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管土作用对SCR立管疲劳的影响

中国造船 2009年第A11期50卷 288-292页

作者：王辉王波何宁张昭海洋石油工程股份有限公司天津300451 大连理工大学大连116024

使用有限元法确定了管土作用中粘土海床对于管道的侧向等效摩擦系数，透过该摩擦系数分析了管土作用对于SCR立管疲劳破坏的影响。结果表明管土作用对于SCR立管疲劳破坏具有较大影响，这种影响主要集中在SCR立管着地点附近。

关键词：管土作用 SCR 疲劳

考虑端部管土作用的海底悬跨管道涡激振动实验研究

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考虑端部管土作用的海底悬跨管道涡激振动实验研究