大型深水导管架建造工况条件下的杆件涡激振动评估

基于国内某深水导管架项目,从工程实用角度出发,介绍在导管架建造过程中杆件涡激振动的理论评估方法和约束条件的选择标准,并对结构片总装时的涡激振动进行计算。结果表明：较弱的约束条件使杆件更易发生涡激振动;不同规格杆件的涡激振动对约束条件的敏感性不同;高柔度杆件具有相对更高的涡激振动风险,短粗型杆件的涡激振动对约束状态的变化更敏感。     

海工钢结构立片缆风绳设计

目前,在海洋工程建造领域,缆风绳的设计尚未形成系统完善的方法,也没有具体明确的规范标准作为支持。文章结合海洋石油工程(青岛)公司多个导管架项目中的立片缆风绳布设的施工经验,汲取现有各类规范中与缆风绳计算相关的方法,同时借鉴其他行业的经验,提出了一套完善可行的海工钢结构立片缆风绳设计方法。经过实践和完善,证明该方法是切实可行的,对海洋工程建造施工具有良好的指导价值。     

浅谈PY30-1导管架建造过程中的涡激振动

文章阐述了PY30-1导管架涡激振动的产生机理,常用的计算方法以及如何采取有效的措施来抑制风振并介绍比较了它们各自的优缺点.     

预张力对两种脐带缆涡激振动影响的试验研究

本文应用模型试验的方法,研究了预张力对粘结和非粘结两种脐带缆涡激振动响应特性的影响规律.基于模态叠加法,将测得的应变数据转变为结构的位移响应;对比分析了各级预张力下两种脐带缆模型的位移响应、结构振动频率、锁振影响区域、模态占比等参数.结果表明:两种脐带缆模型锁振频率随着预张力的增加逐渐变大,非粘结锁振比粘结工况提前;远离锁振区域时,外流速变化对振幅的影响占主导地位,锁振区域附近,预张力变化对振幅的影响逐渐变大;随着流速增加,预张力变化对脐带缆横向振动模态占比影响逐渐变大;预张力较小时,粘结脐带缆振动模态随外流速转换相比于非粘结脐带缆滞后较多,预张力变大后,滞后程度减小.     

基于计算流体动力学的海洋导管架平台钻井隔水导管涡激振动评估

为评估海洋导管架平台钻井隔水导管在涡激振动下的安全性,基于计算流体动力学（CFD）,数值模拟了隔水导管在海流作用下的涡流形态和频率,分析了涡激振动对隔水导管位移和应力的影响。结合海洋导管架上多导向孔约束的隔水导管工程边界条件,形成适用于海洋导管架平台钻井隔水导管涡激振动的工程分析方法。当绕隔水导管的海流对隔水导管产生周期性横向力,并以接近隔水导管的固有频率作用于隔水导管时,会导致涡激振动;由于导向孔的支撑作用,导向孔间的振动形式通常为驻波形式,按照1年、100年重现期的海况计算,涡激振动的风险较小;若隔水导管与导向孔存在间隙,流速的大小确定了隔水导管与导向孔是否会接触,从而影响隔水导管涡激振动的发生;与大流速情况相比,小流速更有可能引起隔水导管的涡激振动,但由于导向孔能够限制涡激振动能量的累加,因而保证了隔水导管的安全。     

基于柔性杆理论的脐带缆涡激振动数值模拟系统

针对目前海洋脐带缆分析软件缺乏的状况,本文基于MATLAB开发了脐带缆涡激振动数值模拟系统UCVIV-1.0.由于脐带缆的大变形和大转角会产生显著的几何非线性,脐带缆的静态平衡位形和整体力学响应计算采用了细长柔性杆模型,采用尾流振子模型模拟海流作用下的涡激力.该系统界面清晰友好,操作简单,适用于悬链线型脐带缆.选取了一组脐带缆参数,使用该系统进行了静力计算以及涡激振动计算;并将静力结果与采用国外商业软件OrcaFlex计算的结果进行了比对,发现结果吻合程度较高,在一定程度上验证了系统的可行性和准确性.本系统有望为脐带缆设计软件的开发提供借鉴.     

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)是目前处于研究阶段的一种新型的立管类型,在海流作用下产生涡激振动,在平台垂荡运动作用下产生参数激励振动。为了研究参数激励的影响,本文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,建立了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,在相同的流速下CVAR中部涡激振动幅值最大,流速的增大会导致涡激振动的频率增大,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,立管的振动幅值增大;当参激频率与涡激振动频率接近时,立管的振动幅值最大。     

附属分离盘抑制圆柱涡激振动的数值模拟

基于动网格技术,编写UDF程序计算附属不同长度分离盘的圆柱双自由度涡激振动,并借助FLUENT软件模拟计算其周围流场。通过模拟计算不同长度附属分离盘的圆柱涡激振动,系统地对比分析其所受升阻力系数、振动响应、尾流涡形态、运动轨迹和频率特征等方面内容,并总结其一般规律。分析发现,添加合适长度的分离盘可以大大降低涡泄频率,有助于避开“锁定”区域,降低涡激振动的响应,同时还应该注意附属分离盘带来的多频和宽频振动特征。该数值模拟方法也为附属抑制装置的立管涡激振动数值模拟奠定了基础。降低,当约化速度Ur=5.5附近,分离盘长度越长,升阻力系数与振动响应越小。（2）添加附属分离盘后,裸圆柱所对应的双排尾流涡将变为单排尾流涡;随着分离盘长度增大,涡泄的位置往后推移,与此同时,分离盘的两侧逐渐出现一组次漩涡（分离盘上产生的漩涡）;分离盘长度L=0.5D时,因其未能完全阻隔上下两侧漩涡的相互作用,并将一侧漩涡切分为二,与另一侧漩涡在尾流形成2P形态的涡。（3）附属分离盘长度的增加使得圆柱振动范围不断缩小,但会造成多频的振动特征,而且还有效地改变来流向响应与横向响应的相位角。（4）添加附属分离盘后,一方面圆柱阻力的主频率明显降低,而且主频率所对应的功率谱密度也明显降低,说明分离盘能降低来流向的振动频率与振动强度,但会造成附属分离盘的圆柱阻力表现为多频、宽频的振动特征;另一方面添加附属分离盘的圆柱升力频率明显降低,但同样会造成多频和宽频的振动特征。总的来说,添加合适长度的分离盘可以大大降低涡泄频率,有助于避开“锁定”区域,降低涡激振动的响应,同时还应该注意附属分离盘带来的多频和宽频振动特征。本文的数值模拟方法也为附属抑制装置的立管涡激振动数值模拟奠定基础。     

控制杆对柔性圆柱涡激振动的抑制效果研究

涡激振动会造成海洋柔性柱状构件疲劳损伤,合理的抑制装置能够有效延长结构的使用寿命。控制杆是常见的涡激振动抑制装置,高雷诺数条件下,多根控制杆的排布方式对涡激振动抑制效果的影响有待进一步研究。文中通过设计室内模型实验,观测了高雷诺数条件下控制杆对柔性圆柱涡激振动抑制效果。圆柱模型的长径比为350,质量比为1.9,最高雷诺数可达16 000。研究结果表明:控制杆对柔性圆柱的涡激振动抑制效果显著,四根控制杆的抑制效果优于三根控制杆。     

深水立管涡激振动非线性响应及疲劳分析

对于深水立管,研究其在均匀流作用下,考虑流固耦合时的涡激非线性动力响应及疲劳损伤分析。采用有限元方法,建立立管模型。计算均匀流产生的升力时,考虑流体速度与立管之间的相对速度。利用Newmark-β法对立管进行时域内的涡激响应分析,同时通过幅值谱对立管进行频域内的分析,得到涡激振动的主要模态。     

水翼涡激振动的数值模拟研究

对二维水翼结构进行流固耦合运动分析,利用大涡模拟方法计算高雷诺数下水翼绕流场,流场力作用于二自由度刚体上导致周期性的垂荡和转动,龙格库塔法求解刚体水翼的运动方程,位移参数作为下一时间步流场计算的边界条件,具体通过编译自定义函数控制刚体运动和流场网格变化。探讨了初始攻角、刚心位置以及来流速度对水翼振动的影响,发现在来流速度增大至某一数值时水翼发生了颤振现象,并在时域与频域上对颤振的发生机理进行深入探讨。     

水翼涡激振动的数值模拟研究

对二维水翼结构进行流固耦合运动分析,利用大涡模拟方法计算高雷诺数下水翼绕流场,流场力作用于二自由度刚体上导致周期性的垂荡和转动,龙格库塔法求解刚体水翼的运动方程,位移参数作为下一时间步流场计算的边界条件,具体通过编译自定义函数控制刚体运动和流场网格变化。探讨了初始攻角、刚心位置以及来流速度对水翼振动的影响,发现在来流速度增大至某一数值时水翼发生了颤振现象,并在时域与频域上对颤振的发生机理进行深入探讨。     

海底管跨涡激振动疲劳可靠性研究

本文考虑波浪水质点与管线振动间的相对运动速度以及波浪和海流的联合作用,对传统的波浪载荷计算方法进行了改进,引入了波浪激励载荷中的二阶平方阻尼项,从而建立了管跨段的非线性涡激振动方程.通过较为合理的化简,将非线性随机振动方程化为相应的线性随机振动方程.利用谱分析解法,由波浪谱推得海底管线的波浪力谱,作为振动方程的输入谱,计算得到相应的输出谱,进而确定位移和应变等各种响应随机过程的概率分布,最后结合可靠性分析理论确定管线的疲劳失效概率.     

动波壁对圆柱体涡激振动的抑制作用研究

文章基于有限体积法,通过控制壁面的波动方式,考察了动波浪壁面对低雷诺数下两自由度弹性支撑圆柱体涡激振动的抑制作用。结果表明:由圆柱两侧向下游行进的壁面波能抑制漩涡的脱落;适当的壁面波动频率能大幅降低圆柱的横向振动;当雷诺数Re=500时,随着约化速度的增大,动波壁圆柱的横向位移值相对标准圆柱体始终维持在较低值区间内(0～0.05D),动波壁圆柱流向位移值相对标准圆柱体的减小幅度逐渐增加。     

导管架管结构凹陷的损伤评估研究

依托黄岩油气田某导管架斜撑受损检测项目,以浅海油气资源开采设备意外受损事故为背景,提出科学的管结构凹陷形貌测绘方法及实施方案。根据测量数据,对受损斜撑进行了结构分析及初步损伤评估,计算凹陷区域的应力集中系数,讨论其对屈服强度及疲劳强度的影响。     

不同湍流模型下圆柱涡激振动的计算比较

为应用计算流体力学的方法模拟圆柱体的涡激振动问题,文章采用有限体积法结合两种不同的湍流模型（RNG k-ε和SST k-ω湍流模型）求解时间平均的纳维尔-斯托克斯方程（RANS）,对低质量比弹性支撑的刚性圆柱体在均匀来流中的的涡激振动问题进行了研究。计算对象参照Govardhan和Williamson的物理模型实验中的参数,通过比较两种湍流模型下圆柱体的振幅响应、频率响应及三个响应分支的水动力系数和尾涡模式,分析了两种湍流模型模拟结果的差异及原因,结果表明：RNG k-ε湍流模型和SST k-ω湍流模型的模拟结果差异很大,不论在振幅响应和频率响应上的计算上,还是对升力的谱分析上,SST k-ω模型的计算结果都更接近于真实的物理现象,并且采用SST k-ω湍流模型成功地模拟出了2P模式。因此从整体上说,SST k-ω湍流模型的模拟效果要优于RNG k-ε湍流模型。     

钢悬链式立管涡激振动疲劳损伤参数分析

针对钢悬链式立管的结构特性,采用了简化后的振动模型。先对立管进行了模态分析;再根据立管的模态特性结合环境水流参数,采用模态叠加法对立管进行了涡激振动疲劳损伤分析。分析过程中,通过改变流速大小、立管壁厚、立管外径、内部介质以及抑制立管涡激振动的螺旋列板长度等参数,对立管的涡激振动疲劳损伤进行了相应的参数分析。结果表明:立管疲劳损伤随水流速度的增大、立管外径的增大以及内部介质密度的降低呈现上升趋势,但是壁厚变化对立管疲劳损伤大小影响却不显著。     

顶张紧式立管涡激振动疲劳分析方法系统研究

涡激振动疲劳分析作为立管工程设计中重要内容,成为深水海洋工程中不可忽视的一部分。本文结合我国南海深水油气田开发前景,参考国际业界工程经验积累,基于行业国际主流分析软件Shear7系统介绍了顶张紧式立管的涡振疲劳分析流程,包括涡激振动的发生机理与理论方法,结构模型创建,流速输入转化等方面。此外通过典型算例对所提出的截面疲劳分布流速法与传统的平面投影法进行结果对比,对这种简化方法论证了其应用与参考性。文章着重分析过程细节,对工程实践中的涡振疲劳分析具有实际应用价值。     

并联布置立管涡激振动抑制装置试验研究

针对分隔板、控制杆和减振器3种涡激振动抑制装置,在波流水槽中进行不同间距下并联布置立管的裸管试验以及抑振管涡激振动试验研究,对比分析3种抑制装置的抑制效果。试验结果表明:在同一流速条件下,附加抑振装置后立管的振动振幅与裸管相比明显降低,所采用的3种抑振装置在不同程度上均抑制海洋立管的涡激振动;从横向振动最优抑制效果来讲,控制杆的效果最好;从顺流向振动最优抑制效果来讲,控制杆和分隔板的效果好,减振器的效果较弱。综合比较不同工况下各个间距和振动方向的最优抑制效果发现,控制杆的最优抑制效果最好,能够对并联立管横向和顺流向的振动起到很好的抑制效果。