深海立管涡激振动疲劳损伤影响因素分析-王一飞.pdf

第卷第期船舶力学
年月
文章编号
深海立管涡激振动疲劳损伤影响因素分析
王一飞潘志远黄小平崔维成
上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海中国船舶科学研究中心江苏无锡
摘要根据我国南海、墨西哥湾和西非海域的流速沿深度方向的分布规律利用涡激振动预报程序计算了立管在
不同参数下的动力响应。在此基础上计算了立管沿长度方向涡激振动引起的疲劳损伤。分别讨论了立管顶部预
张力、管内流体密度、管外流速分布、立管外径、立管壁厚等参数的变化对疲劳损伤的影响。结果显示立管顶部预
张力、管外流速分布、立管外径对疲劳损伤的影响非常明显而管内流体密度和立管壁厚因其变化范围有限对
疲劳损伤的影响没有上述三个参数显著。
关键词立管流速分布涡激振动疲劳损伤
中图分类号文献标识码














引言
随着近岸浅水水域油气资源的枯竭许多国家和地区已经把目光转向了油气资源储备丰富的深
海水域。在我国海洋石油开发的重点也已经转向水深一般在~ 的南海海域。不管深海油气
开采采用何种浮式系统方案立管都是必不可少的关键设备它连接了海底矿藏与海面的作业平台
进行钻探、导液、导泥等工作。
收稿日期
基金项目国家自然科学基金资助项目上海市科委专项基金项目
作者简介王一飞男上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院博士研究生。
第期王一飞等深海立管涡激振动疲劳损伤⋯
洋流中立管两侧的交替泻涡诱发的涡激振动简称是导致立管疲
劳损伤的主要因素。立管一旦发生破坏不仅工程本身会蒙受损失还将引发严重的环境污染和次生
灾害因此深海立管的涡激振动疲劳损伤是立管设计中要考虑的一个重要因素。介绍了一种
预报均匀来流中立管疲劳损伤的简化方法。等人依据试验数据研究了流向和横向涡激振动
引起的立管疲劳累积损伤。等人采用经验正交函数简称
方法来简化处理测量得到的流速数据进而得到沿立管长度方向的设计流速分布从而预测立管
涡激振动疲劳损伤。等人研究了钻探立管的涡激振动疲劳损伤。当前最有代表性的涡激振动
预报程序、以及都有涡激振动疲劳损伤模块。上述相关的研究还没有关于
立管顶部预张力、管内流体密度、管外流速分布、立管外径、立管壁厚的不同对疲劳损伤的影响的详细
而全面的讨论。现有的大部分研究一般认为横向的振动响应远大于流向的响应而没有关注流向振动
的影响所以本文的研究只考虑立管横向涡激振动疲劳损伤。
本文参照相关文献设计了立管参数并依据有关资料分别给出了我国南海、墨西哥湾和
西非海域的典型流速分布然后利用涡激振动预报程序计算了不同参数下立管的响应最后用
线性累积损伤准则结合曲线的方法计算了沿立管长度方向涡激振动引起的疲劳
损伤并分别讨论了立管顶部预张力、管内流体密度、管外流速分布、立管外径、立管壁厚的不同对疲
劳损伤的影响。
立管参数的设计
结合国外工程实际立管同时考虑我国南海海域水深范围确定本文研究的立管长度为。
参照文献选取立管外径为英寸即。参照文献选取立管外径为英寸即。另
外为了考察立管外径以及立管壁厚对疲劳损伤的影响又设计一种英寸立管使其壁厚与英
寸立管相同。立管材料取为钢密度为。立管外部流体密度为海水密度