自由悬挂分段式柔性立管涡激振动试验 .pdf

第43卷第4期振动、测试与诊断Vol.43No.4

2023年8月JournalofVibration，MeasurementDiagnosisAug.2023

DOI:10.16450/j.cnki.issn.1004‐6801.2023.04.005

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自由悬挂分段式柔性立管涡激振动试验

111，21

刘雨，蒋玉峰，王树青，于立伟

（1.中国海洋大学工程学院青岛，266100）

（2.中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室青岛，266100）

摘要在拖曳水池中进行自由悬挂分段式柔性立管涡激振动试验，通过改变拖车速度拖动立管产生不同流速，研究

分段式立管动力响应规律。基于模态分析方法，分析立管应变响应、主导频率和位移响应等参数，并对典型管节动

力响应规律进行讨论，研究自由悬挂分段式柔性立管涡激振动作用机理。研究结果表明：自由悬挂分段式柔性立管

在涡激振动影响下发生不同程度的扭转，且约化速度越大，其影响程度越强，拖曳力对自由悬挂分段式柔性立管横

向振动响应的影响不容忽视；立管中下部位置在涡激振动作用下呈现明显的模态竞争现象，低约化速度下，不同于

常规边界条件（两端铰接或两端固支）下柔性立管涡激振动两方向主导频率呈双倍关系，出现两方向主导频率一致

现象；立管横向位移振幅变化趋势与顺流向相反，顺流向模态转换区间滞后于横向，导致未在同一约化速度区间内

发生模态转换。

关键词自由悬挂；分段式；柔性立管；涡激振动；动力响应

中图分类号TH128；P751；TV131.6

引言［10］

等利用ABAQUS软件分析了深水钻井隔水管悬

挂工况下的动态特性。Qi等［11］使用商业有限元方

深水立管结构作为海洋深水油气、矿产资源开法软件OrcaFlex计算了台风到来前沿海地区硬悬

发中的重要基础设施之一，广泛应用于深水资源开［12］

挂钻井立管的全局响应。Mao等建立了钻井立管

发中的钻井、完井和生产等环节。在特定流速范围在硬悬挂条件下的动力学分析模型，分析了不同工

下，海流经过这类细长圆柱型深水立管结构时，其尾况下对自由悬挂立管变形和弯矩的影响。

部会产生交替发放的漩涡，从而使结构产生涡激振［13］

在模型试验方面，Jung等对自由悬挂式立管

动现象［1‐］3，导致立管结构振动加剧，引起立管的疲进行了强迫振荡模型试验，发现即使顶部KC数较

劳破坏。在海洋立管服役期间，因强风暴作用、水面低，也会发生船舶运动诱导的涡激振动。Kwon

船舶系泊故障或动态定位系统漂移等原因出现立管［14］

等研究了