钢悬链线立管初始位形及内力分析

基于向量式有限元法对钢悬链线立管初始几何位形及内力进行了建模和求解。向量式有限元是以向量式力学与数值计算为基础的一种结构行为分析的创新性方法。本文提出了一种初始位形建模新方案,将立管离散成一系列质点的集合,质点间用只承受内力而无质量的弯曲杆件元连接,采用牛顿第二定律来表达质点的运动行为,并用中央差分的显式积分法求解质点各时刻的控制方程,编制相应Matlab求解程序。与他人研究对比分析了三种立管形式,结果表明基于向量式有限元的位形求解方案是可行和正确的,分析了该方法所具备的优势,为悬链线立管初始位形和内力计算提供了一种高效的数学模型及可靠稳定的数值模拟方法。

缓波形立管的复合构型响应分析

深海立管运用浮力块能有效隔离悬挂点与触地区(TDP)的动力响应,减少上部浮体运动导致管道触地区的动态屈曲等负面影响.采用集中质量法建立整体立管的非线性力学模型,应用海洋工程分析软件OrcaFlex进行数值模拟,考虑两种不同浮子段布置形式的立管构型,分别为缓波型立管(LwSCR)与赋形立管(Shaped SCR),对比二者静态力学特性.考虑南海一年一遇不规则波工况及FPSO运动,分析LwSCR与Shaped SCR重点位置的垂向运动响应,归纳两种波型优缺点,并应用于复合构型立管的构型优化中.提出两种双波复合构型的优化结构并与传统LwSCR双波型进行有效张力及垂向运动响应对比,提出一种优化后的三波复合构型,并与单波、双波构型进行力学特性及垂向运动响应对比分析.结果表明:LwSCR的整体静态有效张力低于Shaped SCR,且浮子段静态弯矩值随着高度逆差增高而增大.Shaped SCR的重点位置垂向运动响应相对更弱,采用该构型能提高立管在海流中的稳定性.但Shaped SCR构型立管暴露在海流中的长度更短,管道到达触地区域的动态响应衰退量不足.在多波复合构型优化中发现三波复合构型具有最佳运动隔离效果,在实际工程中若合理运用Shaped SCR与LwSCR的复合构型,能降低立管整体张力分布水平及触地点的运动响应,提高整体工程的安全性及立管的使用寿命.