緩波形鋼懸鏈立管分析與優(yōu)化設計.pdf

1、隨著海洋油氣開采不斷向深海發(fā)展，工程中對立管系統(tǒng)有了更高的要求。鋼懸鏈立管由于外形簡單、易于建造安裝，有較高的性價比，成為立管設計的首選，但其存在的問題是觸地區(qū)域疲勞損傷嚴重，且隨著水深的增加，對平臺的負荷越來越大，因此在懸鏈線基礎上發(fā)展出了緩波構型的鋼懸鏈立管。緩波形鋼懸鏈立管的工程應用較少，為保證立管工作的安全性，必須進行強度與疲勞等特性分析。此外，由于浮力材的添加，立管構型更加復雜，不同構型的鋼懸鏈立管強度與疲勞等性能不同，這為緩

2、波形鋼懸鏈立管的設計帶來很大不確定性，由于涉及到的參數(shù)眾多且互相影響，由此引出了對立管構型優(yōu)化問題的探討。
　　首先，本文基于時域方法與 S-N曲線，采用 OrcaFlex對簡單鋼懸鏈立管以及緩波形鋼懸鏈立管進行對比分析，包括立管靜態(tài)和動態(tài)強度、疲勞等方面，探討緩波形鋼懸鏈立管整體特性及優(yōu)勢。結果表明：緩波形鋼懸鏈立管整體動態(tài)響應變化幅值較小，對平臺運動以及慢漂具有更好的適應性；其疲勞危險點為立管頂部應力節(jié)下端、浮力材段和觸地點；

3、相對于簡單懸鏈線立管，緩波形立管頂部以及觸地點區(qū)域的疲勞性能得到顯著改善，觸地點疲勞壽命可提高近1個數(shù)量級。
　　其次，探究不同設計參數(shù)對緩波形立管整體強度和疲勞特性的影響，結果表明：浮力材的位置、長度與密度對緩波形立管整體強度影響很大；水動力系數(shù)對立管整體疲勞壽命有較大影響，土體剛度和內流密度對觸地點疲勞影響較大，應謹慎選取。
　　在上述分析的基礎上，本文探討了緩波形立管的優(yōu)化方法，基于遺傳算法并采用不同的方案對立管構型進

4、行優(yōu)化設計。優(yōu)化目標分別為最小化立管靜態(tài)等效應力、最小化立管動態(tài)等效應力、最大化立管疲勞壽命，設計變量為立管各段長度以及浮力材的密度。優(yōu)化結果表明：靜態(tài)與動態(tài)強度優(yōu)化使得立管對平臺的負荷得到有效降低，且等效應力也有所降低，但沒有起到提升立管疲勞壽命的作用；以疲勞作為目標的優(yōu)化，其疲勞壽命得到了顯著提高，同時優(yōu)化后的立管也具有良好的動態(tài)強度性能，是最滿足要求的優(yōu)化方式。
　　本文對緩波形鋼懸鏈立管的強度、疲勞等關鍵特性進行了分析，并