海洋管线动力分析.pdf

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1、第35卷第3期2013年3月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．35，No．3Mar．，2013海洋管线动力分析杨冰卡，朱克强，朱艳杰，秦道武，章浩燕(宁波大学，浙江宁波315211)摘要：海洋管线广泛用于海洋工程领域，是一种运输石油和天然气的重要挠性构件，在波浪、流等动力因素作用下容易产生显著的动力响应。本文在忽略转动惯量和剪切应变的情况下介绍了2种用于海洋管线静动力分析的模型：局部坐标下的通用解析模型和三维凝聚参数模型。采用四阶龙格一库塔法积分运动方程，并计算一个实例

2、验证了第二个模型，此模型还可以用于系泊缆、刚性或柔性立管等细长结构的动力分析。关键词：海底管线；动力分析；凝聚参数中图分类号：U675文献标识码：A文章编号：1672—7649(2013)03—0102—04doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2013．03．023ResearchofdynamicanalysisforsubmarinepipelineYANGBing-ka，ZHUKe—qiang，ZHUYan—jie，QINDao—wn，ZHANGHao-yan(NingboU

3、niversity，Ningbo315211，China)Abstract：Submarinepipelinesarewidelyusedintheoffshoreengineeringfield．Theyareimportantflexiblestructuresforthetransportationofoilandgas，whichareeasytohavesignificantdynamicresponseduetodynamicfactorssuchaswavesandflow．Twomode

4、lsneglectingrotaryinertiaandsheardeformationeffectsforstaticanddynamicanalysisofsubmarinepipelinesarepresentinthispaper：universalanalyticmodeloflocalcoordinateandthree-dimensionallumpedparametermodel．TheFouthRunge—Kuttamethodisadoptedtointegratethemotion

5、equation．Oneexampleisalsogivedtoverifythesecondmodel．Themodelcanaslobeusedforthedynamicanalysisofslenderstucturessuchasmooringcables，rigidandflexiblerisers．Keywords：submarinepipeline；dynamicanalysis；lumpedparameter0引言海洋管线广泛应用于海洋工程领域，是深海运输原油和天然气的重要结构。它和缆索

6、、立管类似是一种极端细长的挠性构件，在波浪、流作用下会产生显著的动力响应。对这种非线性细长结构的动力分析方法主要可分为有限元法、有限差分法和集中质量法3类。目前这3种方法被用于研究缆索和立管问题。Y．T．Chai等¨1在绝对坐标下采用有限元法分析挠性管线的三维运动。避免了局部坐标系下使用有限转动来描述节点的运动，能够精确描述管线运动。同时可以考虑管内液体流动、不规则海床和预弯曲的影响。s．A．HosseiniKordkheilia等口。提出一种升级的拉格朗日有限元方程用于三维挠性立管的大位移动力分析。P

7、．ABrown等口1使用有限差分法提出一种可有效用于挠性立管的静力和动力分析。王安娇等H1以集中质量法建立一种能考虑柔管内流体流动情况下非线性动力分析方法。朱克强等口“1采用集中质量法对海洋缆索进行了动态分析和仿真研究。收稿日期：2012—10—11；修回日期：2012—1l—09基金项目：宁波市学科项目(szxll066)；长江学者和创新团队发展计划资助项目(IRT0734)；国家自然科学基金资助项目(11272060)；浙江省新苗人才计划资助项目(2012R405038)作者简介：杨冰卡(1987一

8、)，男，硕士，助教，主要研究方向为船舶与海洋工程结构动态响应。第3期杨冰卡，等：海洋管线动力分析·103·1局部坐标系]、的通用解析模型海洋工程中，细长挠性结构力学特性的最大不同在于弯曲刚度的相对重要性。缆索的弯曲刚度很小，在实际分析中常常可以忽略。因此缆索被看作完全挠性的，这是缆索力学赖以建立的基本假定之一。而海洋管线和立管的弯曲刚度则大得多，它的影响很重要。尽管如此，这些结构的运动极为相似，可以用同一个方程表示。M．S．Triantaf