基于Cable3D钢悬链式立管数值及试验分析（英文）

钢悬链线立管(SCR)在油气田得到广泛应用,涡激振动(VIV)是SCR研究核心问题。本文采用大挠度细长梁理论和涡激振动模型(VIV)(Cable3D涡激振动模型考虑两方向的流-结构相互作用)来求解耦合加速度。同时,对加速度时程响应进行测试和数值计算,振幅时程计算结果较为理想。通过波动平衡位置、加速度极值和标准差分析表明,考虑两向流固耦合,Cable3D可以满足响应计算精度要求,且证明了该程序对VIV分析是可靠的。文章研究成果能为Cable3D的SCR的计算和分析提供一些实用合理的建议,但提高SCR的精度仍需进一步研究扩展。

在波浪作用下悬挂点Z向运动及刚体摆动对SCR位移影响分析

针对钢悬链式立管刚体摆动对横流向响应影响开展研究。在大挠度细长梁模型、波浪荷载、顶部运动及刚体摆动模型基础上,采用有限元方法求解结构响应。采用李萨如图形实现结构计算校核。计算表明运动响应从顶部悬挂点的YZ平面较窄幅度的振荡逐渐向底部触地点的ZX平面较宽幅度的八字形振荡发展。总体而言,随着水深增加,响应减小。顶部区域位移响应降低幅度较为剧烈。底部区域位移降低幅度较弱。刚体摆动响应表现为幅值的增大、减小甚至抵消,与矢径s线性相关。总之,刚体摆动对结构位移响应影响可通过一定的安全系数进行计算处理。希望上述研究对钢悬链式立管横流向计算提供一些合理建议。

钢悬链式立管加速度试验及仿真

针对Cable3D两向涡激振动模型模拟钢悬链式立管VIV计算精确度,本文在水槽试验基础上,对加速度时程曲线进行试验曲线、振动平衡位置、标准差、最值及区间等参数进行计算模拟。多工况数据显示Cable3D数值模拟在加速度时程、最值及区间有一定可靠及稳定性,在振动平衡位置及标准差等反应振动频率及强度等内容还存在一定差距。结构在0. 12 m/s与0. 24 m/s左右涡激振动与自振存在一定共振,表现是振动平衡位置大幅度波动,标准差、最值及区间较大程度增加。研究表明,Cable3D计算能够体现整体趋势及关键节点信息,计算精确度与商业程序接近,值得继续开发。

钢悬链式立管刚体摆动与涡激振动耦合分析

以钢悬链式立管为研究对象，基于钢悬链式立管悬垂段静态位形的大曲率特点，提出了涡激升力作用下的钢悬链式立管刚体摆动模型，该模型假定立管为绕悬挂点与触地点连线摆动的刚体摆动系统。开发分析程序SWING—SCR，模拟立管刚体摆动响应。将刚体摆动效应以惯性力及水动力阻尼的形式与立管涡激振动模型耦合，基于CABIE3D开发动力分析程序CABLE3DVswing与CABLE3DCswing，研究立管的出平面涡激振动特性。研究表明，涡激升力作用下的刚体摆动响应能够达到与涡激振动响应相同的数量级。刚体摆动对立管悬垂段的动力响应有较大影响，在立管的出平面涡激振动分析中应予以充分考虑。