多跨海底管道的疲劳分析

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1、第32卷第5期哈尔滨工程大学学报Vol．32№．52011年5月JournalofHarbinEngineeringUniversityMay2011doi:10．3969/j．issn．1006－7043．2011．05．004多跨海底管道的疲劳分析王玮，KOSORRezazadeh，白勇(哈尔滨工程大学深海工程研究中心，黑龙江哈尔滨150001)摘要:海底管道要长期在海底使用，因此海底管道的疲劳寿命至关重要，针对海底管道的疲劳寿命这一问题进行了研究．通过对多跨海底管道受到的环境载荷的分析，得到了计算载荷的相应方法．在进

2、行多跨海底管道寿命的分析时，对多跨海底管道的流向和垂向涡激振动的疲劳模型进行研究，通过计算给出了相应的多跨管道的疲劳寿命．在进行流向和垂向的涡激振动疲劳模型研究中，通过有限元计算出海底管道的流向和垂向的涡激振动的相应振动模态，掌握海底管道的动力学特性．最后通过具体实例分析了不同跨度和不同的土壤类型对多跨海底管道的疲劳寿命的影响，计算结果可靠，为海底管道更广泛的应用提供理论基础．关键词:海底管道;流向涡激振动;垂向涡激振动;疲劳分析中图分类号:TE973文献标识码:A文章编号:1006-7043(2011)05-0560-0

3、5Fatigueanalysisonmulti-spanningpipelinesWANGWei，KOSORRezazadeh，BAIYong(DeepwaterEngineeringResearchCenter，HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，China)Abstract:Pipelinesareusedontheseabedforlongperiodsoftime，sothefatiguelifeofthepipelineisimportant．Inconsiderin

4、gthisissue，pipelinefatiguelifewasinvestigated．Themethodofcalculationoftheloadwasobtainedbyanalysisoftheenvironmentalloadofamulti-spanningpipeline．Followingthat，thefatiguemodelsofin-lineandcross-flowvortexinducedvibration(VIV)wereinvestigatedandthefatiguelifeofmult

5、i-spanningpipelinescouldbeobtained．Thein-lineandcross-flowmulti-modesofpipelineswerecalculatedbythefiniteelementmethod(FEM)，makingitpossibletoacquirethedynamiccharacteristicsofthepipelines．Intheend，theeffectsofdiffer-entspanlengthsandsoiltypesonthefatiguelifeofpip

6、elineswereillustrated．Consequently，thisanalysisofpipe-linesmayprovideusefulinformationforfurtherinvestigationonpipelines．Keywords:pipeline;in-lineVIV;cross-flowVIV;fatigueanalysis随着陆上石油资源的减少，各国越来越重视海速会增大，常伴随着周期性的漩涡发放，引起管跨的上油田的开发，走向深水已成为世界海洋石油发展周期性振动，这种由漩涡发放激起的管跨的周

7、期性趋势．在铺设管道时，遇有海床不平则会形成悬空运动称为涡激振动(vortexinducedvibration，VIV)．段，在深海中处理这种自然形成的悬空段的问题比在实际海洋环境中长期工作的深水悬跨管道可能遭较复杂，特别是在海峡的水域中，海水流速快、对悬遇来自不同方向和大小的海流作用．海流的速度变空段就更为不利．在设计建造深海管道时，不遗余力化将导致悬跨管道VIV响应频率和振幅变化，从而地解决悬空段的问题，是因为悬跨的出现改变了管直接影响到悬跨VIV疲劳寿命．正确地认识和描述线的荷载及应力状态，尤其是在海流流经管跨时流悬

8、跨管道的动力特性，研究深海多跨管道的VIV疲劳寿命，对保证海底管道的经济效益和在服役期间的安全运行有着重要意义．近年来对VIV的研究很收稿日期:2010-02-08．基金项目:“111引智计划”(B07019);海洋工程国家重点实验室研究［1］［2］［3］多，如Sarpkaya、Williamson、潘