【摘 要】
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本文选择了Spar平台和非粘结柔性立管为研究对象,以平台在洋流下发生涡激运动的动力响应以及其引起的下端立管的疲劳损伤为研究目的,开展了平台涡激运动和立管动态响应的过程模拟,研究了涡激运动相关参数对非粘结柔性立管的疲劳损伤的影响,以期能为涡激运动的抑制和非粘结柔性立管的结构设计提供新的思路和方法。首先,采用数值计算作为研究方法,Fluent软件作为数值计算的工具,重叠网格技术作为流场信息更新的方式,
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本文选择了Spar平台和非粘结柔性立管为研究对象,以平台在洋流下发生涡激运动的动力响应以及其引起的下端立管的疲劳损伤为研究目的,开展了平台涡激运动和立管动态响应的过程模拟,研究了涡激运动相关参数对非粘结柔性立管的疲劳损伤的影响,以期能为涡激运动的抑制和非粘结柔性立管的结构设计提供新的思路和方法。首先,采用数值计算作为研究方法,Fluent软件作为数值计算的工具,重叠网格技术作为流场信息更新的方式,结合涡激运动特征方程子程序,数值模拟了在不同来流速度下平台涡激横荡运动的响应情况。研究结果发现:随着折合速度Ur的增大,无量纲振幅比呈现出增大后减小的趋势,折合速度Ur在3.34～7.8之间时,平台涡激运动进入锁定状态,此时出现了最大无量纲振幅比为0.7D,与模型试验测量的结果误差在10%以内,这表明使用重叠网格技术能够准确的对涡激运动中流场信息进行更新。其次,基于ABAQUS/AQUA模块,对平台涡激运动作用下的非粘结柔性立管进行时域动态分析,得到了不同折合速度下柔性立管的应力、张力和位移等响应情况,并以此利用S-N曲线和Miner线性累积损伤理论对非粘结柔性立管进行疲劳损伤计算。研究结果表明:平台受涡激运动的影响达到近点时,触地区域的疲劳寿命最低为384年,远点处的疲劳寿命则比近点时的要大,平台的涡激运动进入锁定状态;立管位于近点和远点,折合速度对悬垂段的寿命影响不是很大,触地区域的疲劳寿命随着折合速度的增加呈现出先减小后增大的趋势。最后,利用壳单元和实体单元建立了八层非粘结柔性立管局部模型,使用ABAQUS/Explicit求解器对其进行了局部力学性能分析,发现抗拉层的应力值要大于其他结构层,且内抗拉层的应力值最大。
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