海中输流立管涡激振动试验研究及疲劳寿命分析.PDF

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海中输流立管涡激振动试验研究及疲劳寿命分析

维普资讯 第 38卷 第 3期 中 国 海 洋 大 学 学 报 38(3):503~507 2008年 5月 PERIODICAL OF OCEAN UN IVERSITY 0FCHINA May.2008 海中输流立管涡激振动试验研究及疲劳寿命分析 郭海燕,董文乙,娄 敏 (中国海洋大学工程学院,山东 青岛266100) 摘 要: 为研究海洋立管涡激振动响应并预测其疲劳寿命,在中国海洋大学物理海洋实验室大型风一浪一流水槽进行海洋 立管涡激振动模型试验。考虑管内流体的流动,运用相似理论将实际海洋立管缩放为试验模型,施加不同流速的外流,测 得立管在涡旋脱落时顺流向及横向振动的应变时程 曲线,根据实测结果,采用 Miner理论对立管进行疲劳寿命分析。结果 表明:立管横向振动比顺流向振动强烈,大约高一个数量级;随着外流流速的增加,管道横向及顺流向振动明显增加,立管 的疲劳寿命降低;立管中部及端部振动比较强烈,疲劳寿命较其它位置处低,容易发生疲劳破坏。 关键词: 海洋立管;涡激振动;内流;模型试验;疲劳寿命 中图法分类号: P756.2 文献标识码:A 文章编号: 1672—5174(2008)03—503—05 海洋立管作为海底与海面的主要联系通道 ,是海 验,然后运用Miner理论计算立管的疲劳寿命。 洋油气资源开发的一个重要基础设施。立管内部一般 1 试验 有高压的油或气流过,外部承受波浪、海流作用,当波 浪、海流流经立管时,在一定的流速下会产生涡旋脱 1.1试验水槽 落,使立管发生涡激振动,导致立管疲劳破坏。 海洋输流立管的涡激振动模型试验在中国海洋大 关于海洋立管涡激振动研究,国外研究成果很多, 学物理海洋实验室进行。该试验室为教育部重点实验 国内近期也有一些理论研究成果…1,但实验研究很少 室,内有大型风一浪一流联合水槽 (见图 1),可以产生风、 见有报道,而国外学者已经做 了大量的实验研究工作。 浪及流。水槽长65m,宽 1.2m,高 1.75m,最大风速 Grosenbaugh0等人在美国海军大西洋水下试验与评 和流速分别为 17m/s,1.4m/s,最大波高为0.4m,其 估中心对长悬索立管的动力特性及流引起的涡激振动 频率在 0.125~8Hz。 问题进行了等尺度模型试验;壳牌石油公司[4-5]对剪切 流下海洋立管的涡激振动、绕流装置 的有效性、波与涡 激振动之间的作用等进行了模型试验;HuseE,Kleiv— enGandNielsen[6J等人对长90m,直径 30mm 的立管 进行了试验,研究剪切流下的涡激振动、振动对轴力的 影响及相邻立管间波的干扰等问题 。 这些研究主要针对深海柔性立管,并且一般不考 虑管内流体流动的影响,大量研究[7-9]表 明:当管 内介 质流经挠 曲的管道时,由于管道 曲率的变化和管道 的 横向振动,流体发生加速,这些加速的力会反过来作用 在管道上,引起管道 的附加振动。海洋立管在涡激振 图 1 风一浪一流联合水槽 动和管内流体流动的共同作用下可能引起较大幅度的 Fig.1 Thewind—wave—culTentflume 振动,使得应力加大,从而加速管道的疲劳破坏。为了 1.2相似分析 研究实际工程 中海洋输流立管的涡激振动,本文在模 在试验 中,取渤海的海洋情况作为实际海况,实

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