《深水鋼懸鏈線立管大撓度柔性索模擬方法研究》是依託中國海洋大學，由黃維平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：深水鋼懸鏈線立管大撓度柔性索模擬方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黃維平
- 依託單位：中國海洋大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
鋼懸鏈線立管是近年來發展起來的一項深水立管技術，適用於水下生產系統和浮式平台的油氣輸入輸出。我國南海深水主要是氣田，最佳開發方案是水下生產系統和浮式生產設施的組合系統。因此，鋼懸鏈線立管在我國南海油氣資源開發中將占有舉足輕重的地位，其套用前景十分廣闊。目前，鋼懸鏈線立管研究主要採用Euler梁模型和集中質量模型，不能很好地模擬觸地點區域的大撓度彎曲性能。本項目採用大撓度柔性索模型模擬鋼懸鏈線立管，考慮大曲率和軸向伸長對彎曲變形的影響，研究大撓度柔性索模型的參數敏感性。採用大撓度柔性索和彈性地基梁組合模型，考慮地基土的非線性滯回特性，研究鋼懸鏈線立管與海底相互作用機理及其對鋼懸鏈線立管非線性動態回響的影響。採用流固耦合的非線性渦激振動模型，考慮渦激升力的非線性流固耦合性質和海底流線段的影響，研究鋼懸鏈線立管渦激振動的時域模擬方法。研究成果可為鋼懸鏈線立管的設計分析和進一步深入研究提供參考。
結題摘要
在國家自然科學基金委員會的認可和資助下，在中國海洋大學的科學管理和大力支持下，本項目經過三年的研究，順利超額完成了項目計畫書規定的任務，取得了如下成果： 1、建立了鋼懸鏈式立管的大撓度柔性索模型及相應的分析方法 本項目建立的大撓度柔性索模型克服了用直梁段模擬曲線梁和集中質量模擬分布質量的不足，使鋼懸鏈式立管的數值模擬更符合實際結構的幾何和力學特徵，該方法具有工程套用價值，已獲國家發明專利。 2、提出了鋼懸鏈式立管與浮式平台的系統結構模型，建立了鋼懸鏈式立管與浮式平台的整體分析方法。 本項目建立的整體分析方法，克服了耦合分析方法的不足，實現了位移、速度和加速度的無縫隙傳遞，從而更加準確地反映出結構的實際運動和受力狀態。該方法也獲得了國家發明專利。 3、提出了鋼懸鏈式立管與海底相互作用的彈性基礎梁模型，建立了考慮海床土非線性和吸力的鋼懸鏈式立管與海底相互作用模擬方法。 本項目建立的彈性基礎梁模型克服了彈簧模擬的不足，降低了對單元尺寸的要求，大大提高了分析精度和計算速度，可實現快捷的工程設計分析，有較大的工程套用價值。以該方法申請的國家發明專利已進入實審階段。 4、提出了鋼懸鏈式立管出平面運動的剛體擺動模型，建立了考慮剛體擺動的鋼懸鏈式立管出平台運動分析方法。 目前，國內外在該領域的研究均沒有考慮鋼懸鏈式立管的懸垂段在平面內的流和出平面的浪作用下所產生的剛體振盪運動，因此，本項目提出的鋼懸鏈式立管出平面剛體擺動振盪運動是一個全新的概念，以該方法申請的國家發明專利已進入實審階段。 5、建立了考慮大位移流固耦合的鋼懸鏈式立管渦激振動非線性時域分析方法 本項目提出的考慮大位移流固耦合的鋼懸鏈式立管渦激振動非線性時域分析方法，克服了尾流振子模型的弱耦合不足，可以解決深水立管、特別是鋼懸鏈式立管等大柔性深水立管的大位移強流固耦合渦激振動分析計算，該方法具有工程套用的開發價值，已獲國家發明專利。 上述五項成果體現了本項目的研究特色和創新性，此外，在該項目資助計畫的支持下，本項目還開展了一些帶有前瞻性和方向拓展性的工作，如柔性管立管和基於雷諾相似的渦激振動分析試驗方法等。基於這些研究工作，共獲得國家發明專利15項，新申請國家發明專利19項，發表期刊論文27篇，會議論文13篇，出版專著2部，培養博士研究生2名，碩士研究生13名。受邀在全國性會議上作特邀報告兩次。
