非线性海床上J型铺管数值分析

随着全球对能源的不断增需,海上油气生产逐渐扩展至深水和超深水区域。在这一应用背景下,型铺管系统在深水区域表现出了天然的适应性。本研究基于Winkler模型和宏单元模型开发了J型铺管法数值模拟方法,利用有限差分法精准模拟了其在非线性海床条件下的力学特性。通过解析解和模型试验对比验证了该方法的可行性。在水深和不同铺设角度变化的研究中,发现水深增加导致管线触地点埋深减小和土体抗力降低,而铺设角度的变化则影响管线的弯矩和土阻力。这些研究结果为J型铺管法在实际深水工程中的应用提供了有益的理论支持和参考。

钢悬链式立管与非线性海床土相互作用分析方法研究

对基于大挠度柔性梁理论的立管动力分析程序CABLE 3D改编,将原程序中立管受到线性海床的弹性支撑力扩充为立管受到的海床垂向力充分考虑管土非线性相互作用,使新程序中立管与海床土的相互作用遵循p-y曲线。采用伽辽金方法在空间内离散立管的动态方程,最终采用Newmark-β法进行时域内迭代求解。利用改编后的新程序分别研究了立管与线性海床土和非线性海床土相互作用的对比以及不同垂荡幅值情况下立管的动态响应。研究表明,非线性海床土能够更加准确地模拟真实的管土相互作用,触地点区域的节点会经历不同的管土相互作用过程。

非线性海床土对钢悬链式立管触地点动力响应和疲劳损伤影响分析

基于钢悬链式立管(SCR)动力分析程序CABLE3D,采用大挠度柔性梁理论建立SCR的运动方程,将线性海床模型扩展为考虑海床土吸力的非线性海床模型,采用非线性有限元方法对控制方程进行离散,时域内积分采用Newmark-β法,开发出新的计算程序。通过算例分析上部浮体垂荡运动幅值、海床土剪切强度、海床土剪切强度梯度对SCR触地点区域动力响应和疲劳损伤的影响。分析结果表明:SCR触地点区域动力响应和疲劳损伤对上部浮体垂荡运动幅值和海床土剪切强度的变化较为敏感,疲劳损伤在触地点区域最大,远大于悬垂段和流线段,在设计过程中应采取一定的加强措施。

非线性海床作用下缓波型柔性立管疲劳分析

相较于传统的悬链线型立管,缓波型柔性立管能够有效改善立管的动力响应、强度及疲劳,达到延长其使用寿命的目的。基于集中质量法和非线性海床土模型,借助Orca Flex软件建立缓波型柔性立管的集中质量模型,并考虑非线性海床强度下和不同浮子段位置下缓波型柔性立管触地点的有效张力、弯矩和贯入深度。结果表明,缓波型柔性立管能有效改善立管触地区的动力响应,浮子段的合理布置可以有效改善立管的累计疲劳,延长其使用寿命。

海床土刚度非线性的钢悬链式立管响应分析

基于大挠度柔性梁理论和弹性基础梁理论,本文建立了钢悬链式立管与海床土非线性相互作用的数学模型。用大挠度柔性梁来模拟立管的悬垂段,用弹性基础梁来模拟立管的触地段。其中触地段海床土的刚度根据管线与海床土相互作用的载荷位移曲线P-y来确定,更真实地模拟海床基础。研究表明:基于该模型开发的程序能与商用软件OrcaFlex较好地吻合,由于所开发程序可以采用较大的计算单元,其计算时间大大减少。与线性海床模型相比,通过该模型计算得到的立管触地点附近的疲劳损伤增幅1~3倍,有利于安全的设计。

有限厚度非均质海床对非线性波浪响应的有限元模拟

本文在Biot多孔介质动力固结理论的基础上,对有限厚度砂质海床与非线性波浪的相互作用进行了有限元数值模拟.进行参量研究,分析了波浪非线性、海床非均质性和相对厚度等因素对海床土层内超孔隙水压力分布的影响.

沉管隧道周围砂质海床波致液化进程研究

考虑土骨架-孔隙流体两相介质动力耦合效应,采用由Masing法则构造的Davidenkov本构模型描述土骨架的非线性滞回特性;在FLAC^(3D)中将Byrne提出的循环荷载作用下土体塑性体积应变增量公式引入到Biot动力固结方程中用以描述海床累积孔压的增长和液化进程。建立可液化海床-沉管非线性动力相互作用二维分析模型,分析结果表明:土的非线性对波浪作用下沉管-海床系统的动力响应有重要影响。沉管周围海床的渐进液化特征不同于远场,远场海床液化仅沿深度发展,呈一维特征。近场海床的液化首先发生在沉管的顶部和底部,随后液化区域沿沉管周边发展,呈明显的二维特征;埋置于海床中的沉管结构改变了海床内的初始应力状态,波浪作用下沉管和海床之间的相互作用导致近场海床产生复杂的应力路径。因此沉管周围海床的循环剪应力比Ccssr明显大于远场海床,较好地解释了沉管周围海床不同于远场的渐进液化特征。

平台运动激励下钢悬链式立管触地点动态分析

平台运动和管土相互作用是引起钢悬链式立管(Steel Catenary Riser,SCR)触地点动态响应和疲劳损伤的关键因素。基于竖向土抗力-埋深曲线和侧向库伦摩擦双线模型模拟SCR触地区管土作用,并考虑竖向海床刚度的退化,研究平台三维运动激励下SCR触地区的动态响应与疲劳寿命,相对于简单的单向运动激励和仅考虑竖向管土作用,更符合工程实际。计算结果表明:①三维管土作用下,平台垂荡运动对立管触地区的影响最大,纵荡运动次之,横荡的影响最小;②平台三维运动的耦合,在一定程度上可降低立管触地区的动力响应和疲劳损伤,若仅考虑垂荡运动,结果偏于保守;③非线性海床模型相对于线弹性海床,引起的立管触地区的应力幅值、位移幅值显著增加,虽然贯入位移较小,但土抗力较大,选用线弹性海床的计算误差较大。平台运动和海床强度对SCR触地点动态响应和疲劳损伤的影响较大,因此在SCR响应分析与设计中,准确选择海床模型和平台运动方式,对于预测立管的疲劳寿命具有重要意义。