横流向涡激-参激耦合振动下深水钻井隔水管疲劳损伤预测

考虑深水钻井过程中浮式平台的升沉运动,基于Vander Pol尾流振子模型,建立深水钻井隔水管横流向涡激-参激耦合振动力学分析模型和控制方程,采用Galerkin法和Newmark-β方法对控制方程进行求解,获得涡激-参激耦合振动下深水钻井隔水管的应力时程曲线;采用雨流计数法和Palmgren-Miner线性累积损伤准则,获得深水钻井隔水管的疲劳损伤热点,在此基础上讨论波高、波浪周期、海面海流流速、顶张力对隔水管疲劳热点处疲劳损伤的影响。结果表明:隔水管横流向涡激-参激耦合振动疲劳损热点位于隔水管底部;波高主要通过影响隔水管参激振动特性影响隔水管的疲劳损伤,波高越大,疲劳损伤越大;波浪周期主要通过改变参激振动中隔水管的轴向力影响其疲劳损伤,波浪周期越小,疲劳损伤越大;海面海流流速主要通过改变隔水管横流向的涡激振动特性影响其疲劳损伤,海面海流流速越大,疲劳损伤越大;顶张力主要通过改变隔水管的轴向力分布影响隔水管的横流向涡激振动,进而对其疲劳损伤产生影响,顶张力系数越小,疲劳损伤越大。

参激振动对顺应式垂直通路立管涡激振动的影响

顺应式垂直通路立管(CVAR)是一种处于研究阶段的新型立管类型,该立管在海流作用下会产生涡激振动,在平台垂荡运动作用下会产生参数激励振动。为研究参数激励的影响,引入尾流振子模型模拟漩涡脱落对立管的作用,同时考虑浮式平台升沉运动产生的参数激励,建立CVAR参激-涡激联合振动方程,获取联合作用下的动力响应,并与纯涡激振动响应进行对比。结果表明,在相同流速下CVAR中部涡激振动幅值最大,流速增大会导致涡激振动频率增大,发生高阶锁振,高阶锁振振动幅值比低阶锁振振动幅值小。考虑参数激励之后,较纯涡激振动而言,立管振动幅值增大;当参激频率与涡激振动频率接近时,立管振动幅值最大。

深海立管系统参数激励试验模拟装置设计

为了便于对深海立管系统参数振动进行研究,以及涡激-参激联合振动的研究得以展开,设计海洋立管参数激励装置。通过PLC控制2台双轴步进电机分别来模拟平台的垂荡和海水流过立管的相对运动,通过改变装置上主动杆和从动杆的连接部位来调节平台的垂荡振幅,绘制装置模型图、PLC控制流程图、I/O分配表、硬件接线图和装置逻辑图,基本实现平台的升沉频率为0.4 rad/s^1.6 rad/s,深沉幅度为0 m^2 m,海水的海面流速为0.1 m/s^1 m/s,满足试验条件。

深海顶张力立管参激-涡激耦合振动响应分析

该文研究顶张力立管参激-涡激耦合振动计算方法和动力特性。考虑立管顶端动边界条件,建立顶张力立管模型,研究其在剪切流中的涡激振动响应和参激-涡激耦合振动响应。提出立管的动力响应分析方法,分析参数激励对立管横向涡激振动的影响。结果表明,立管的横向振动响应频率存在0.5倍参激亚谐成分,参数激励对于立管横向振动具有重要影响。