浮力筒对自由站立式刚性主管轴向振动的影响

复杂的海洋环境易导致自由站立式立管系统浮力筒浮力周期性变化,造成刚性主管轴向振动。当浮力筒运动频率与刚性主管固有频率重合或接近时,系统会发生共振,危及其作业安全。鉴于此,建立刚性主管轴向振动力学模型,运用数值方法求解出刚性主管轴向振动的固有频率。以浮力筒现有的5种设计工况为例,探究了各阶固有频率随浮力筒状态的变化情况;通过稳态响应分析,计算出5种工况下的动载荷放大系数。研究结果表明:刚性主管的稳态振幅与浮力筒浮力成正比,与刚性主管密度、横截面面积和总长度成反比;刚性主管顶部的动载荷放大系数与浮力筒的等效质量、刚性主管的密度、横截面面积、总长度及频率比有关,当浮力筒出现2舱破损和中心管及1舱同时破损时,系统的动载荷放大系数明显偏大;应考虑适当增加浮力筒设计水深,以减小垂向环境载荷作用,延长浮力筒垂向运动周期;尽量减小浮力筒的等效质量,增大系统的固有频率。研究结果有助于完善浮力筒和刚性主管的力学性能分析,为自由站立式立管的系统设计提供有益参考。