深水钻井隔水管是连接平台与海底的关键部件,隔水管系统顶部通过伸缩节、张紧器、挠性接头与平台连接,在海洋环境载荷的激励下各部件之间存在明显的相对运动,则深水钻井隔水管-伸缩节-张紧器-平台为典型的多体系统,简称深水钻井隔水管多体系统。在海洋环境载荷以及作业载荷的综合作用下,隔水管多体系统存在隔水管断裂、伸缩节和张紧器冲程过大等失效风险,是海洋油气勘探开发过程中薄弱的环节。鉴于此,本文结合973项目子课题“深水海底井口-隔水管-平台系统动力学耦合表征与安全分析”,以深水钻井隔水管多体系统为研究对象,在不同作业工况下隔水管系统多体动力学特性和极端海况下隔水管系统可靠性方面取得较大研究进展,可为深水钻井隔水管系统多体动力学分析、设计及安全作业提供支撑。本文主要的研究进展总结如下:1隔水管系统多体动力学模型研究分析多体系统的运动学基础,基于拉格朗日方程进行离散变分推导,最终给出隔水管系统多体动力学理论模型,其中,对于关键部件隔水管与张紧器,单独分析并建立其理论模型。在此基础上,结合多体动力学建模仿真软件ANSYS给出隔水管系统多体部件建模与多体模型组装方法。2隔水管系统多体动力学特性研究基于隔水管系统多体动力学仿真模型,模拟分析隔水管系统在连接-反冲-悬挂整个作业流程中的多体动力学特性。分析连接工况下隔水管多体系统在平台横荡、波浪以及平台垂荡下动态响应规律,对比有无张紧器模型下的动态响应结果,确定有无张紧器的影响。分析脱离瞬间隔水管顶部与底部轴向响应、隔水管上各节点横向响应与不同方向张紧器的轴向响应,确定隔水管系统反冲响应规律。分析研究解脱后基于不同悬挂状态下隔水管系统多体动力学响应规律。3隔水管系统多体动力学参数敏感性分析基于深水钻井隔水管系统多体动力学分析模型,运用正交试验法,提取试验结果进行极差与方差分析,确定隔水管系统在连接-反冲-悬挂不同作业工况下动态关键影响因素。连接与悬挂工况下提取最大等效应力与最大横向变形结果。反冲工况下提取回弹第一个周期内最大等效应力以及回弹波峰处的隔水管顶部与底部的最大轴向位移结果。4隔水管多体系统作业强度可靠性分析依据作业海况中波高与海流流速的概率分布,运用蒙特卡洛法结合响应面法对隔水管系统展开作业强度可靠性分析,在得到一系列不同波高与不同海流流速下的最大等效应力值基础上,建立两随机变量组成的隔水管强度失效响应面,利用蒙特卡洛方法生成10~6个随机数计算得到隔水管系统强度失效概率及可靠性。