参数激励下海洋立管的动力特性研究

【摘要】海洋立管是连接海洋平台和海洋底部设备的管道,它是输送海洋油气资源的重要部件之一,同时也是海洋设备中结构最脆弱的构件之一。随着我国油气资源的开采不断的向海洋深处进行,海洋立管受到的海洋环境将变的更加复杂。特别是当立管的参数激励频率与立管的固有频率接近时,立管可能会发生参量共振,这样会导致立管结构的破坏。立管的破坏,不仅会造成巨大的经济损失,同时会对海洋环境带来很大的污染。因此,工程上将会对海洋立管的结构提出更高的要求。所以,研究海洋立管在参数激励下的动力特性将变得具有重要的实际意义。本文针对海洋立管在参数激励下的动力特性建立了深海立管系统简化示意图,接着做出一些合理的假设,得出了立管的边界条件。通过哈密尔顿原理推导出了海洋立管参数激励下的控制方程,然后将时变张力包含在动力学方程中,运用有限元的方法离散了立管的振动方程,并求得了立管的刚度矩阵和质量矩阵。将离散的有限元方程化简,通过MATLAB软件求得了立管的固有频率。考虑到工程实际中有效张力可以改变,重点探讨了有效张力对立管固有频率的影响,研究表明立管系统的固有频率会随有效张力的提高而增大,进而给工程操作人员一些建议。接着分析了管道长度对固有频率的影响,结果表明随着立管长度的不断加大,海洋立管的固有频率不断减小；探讨了不同立管外径立管固有频率的差别,得到立管的固有频率随着立管外径的增大而增大；研究了不同管内流体下立管振动频率的差别,结果显示不同的管内流体,海洋立管的动力特性具有明显的差别,从而给结构设计人员一些参考。
【作者】郭超；
【导师】俞树荣；
【作者基本信息】兰州理工大学，化工过程机械，2014，硕士
【关键词】参数激励；海洋立管；动力特性；有效张力；固有频率；

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