深海立管渦激振動(dòng)的大渦模擬與渦振疲勞累積損傷分析.pdf

1、隨著海上油氣工程不斷向深水區(qū)域發(fā)展,海洋立管變得越來(lái)越長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)越來(lái)越柔。渦激振動(dòng)(VIV)是深海立管系統(tǒng)設(shè)計(jì),包括鉆井、生產(chǎn)立管和出口立管設(shè)計(jì)必須考慮的一個(gè)重要問(wèn)題。劇烈的流場(chǎng)接觸到立管后產(chǎn)生的渦激振動(dòng)可以在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)造成立管高度疲勞損傷。由立管渦激振動(dòng)引起的損傷可能會(huì)降低立管的使用壽命,甚至?xí)绊懙狡脚_(tái)的安全。
　　本文采用瞬態(tài)流固耦合方法模擬柔性立管的渦激振動(dòng)效應(yīng),采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)軟件 CFX進(jìn)行流場(chǎng)的模擬,

2、結(jié)構(gòu)分析有限元軟件ANSYS模擬結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng),通過(guò)ANSYS自帶的workbench平臺(tái)對(duì)立管受力和結(jié)構(gòu)變形之間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行交換,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流場(chǎng)和結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的交互耦合。采用大渦模擬湍流模型,成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)立管渦激振動(dòng)的三維模擬。主要研究?jī)?nèi)容分為三個(gè)部分:首先,對(duì)均勻來(lái)流下小長(zhǎng)徑比立管的渦激振動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)果表明小長(zhǎng)徑比立管主要為低階模態(tài)的振動(dòng),來(lái)流引起的渦激振動(dòng)幅值非常小,特別是順流向振動(dòng)幅值基本可以忽略;然后,對(duì)均勻流下大長(zhǎng)徑比

3、柔性立管進(jìn)行了數(shù)值模擬,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比表明,本文的大渦模擬較真實(shí)地反映了試驗(yàn)結(jié)果,立管橫向渦激振動(dòng)響應(yīng)顯著。同時(shí),對(duì)比了立管剛度降低對(duì)立管渦激振動(dòng)的影響,為研究立管損傷識(shí)別提供了基礎(chǔ)。其次,進(jìn)一步對(duì)剪切流作用下大長(zhǎng)徑比立管渦激振動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,并將其結(jié)果與均勻流模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,研究表明剪切流作用下立管渦激振動(dòng)現(xiàn)象在空間上更加復(fù)雜,但整體振動(dòng)響應(yīng)幅度不如同流速下均勻流作用的情況大。最后,基于疲勞強(qiáng)度理論,研究了深海立管渦激