铺管过程中的涡激振动预报方法技术

本发明专利技术实施例公开一种铺管过程中的涡激振动预报方法，包括对柔性立管建模和对模型进行求解；所述对柔性立管建模包括：A1、得到三维耦合的结构运动方程和尾涡振子方程；A2、确定模型的边界条件；其中，所述边界条件模拟下放立管的动态行为；A3、确定模型的初始条件；所述对模型进行求解包括：基于所述边界条件和所述初始条件对所述结构运动方程和所述尾涡振子方程进行数值求解，从而预报涡激振动。本发明专利技术实施例可以应用于下放立管的情况，可广泛应用于工业界，能够给设计和施工人员提供参考。

Prediction method of vortex induced vibration in pipe laying process

【技术实现步骤摘要】
铺管过程中的涡激振动预报方法
本专利技术涉及涡激振动
，特别涉及一种铺管过程中的涡激振动预报方法。
技术介绍
我国始终高度重视海洋经济发展，而南海资开发始终处在战略的高度。南海拥有我国最为丰沛的海上油气资源，因而南海油气资源的开发受到了各有关部门以及沿南海各省市的重视。海上油气资源的开发离不开各种类型，各类功能的立管。作为连接海上生产平台(以及各类浮式生产系统)和水下生产系统的重要构件，立管在海洋油气生产中扮演着重要的角色。刚悬链线(Steelcatenaryriser,SCR)立管由于其较常规立管而言更为优越的性能，更为便利的施工方法，在我国海洋油气开发作业中应用日渐广泛。但是SCR立管在管缆下放过程中会遭受到海流的作用，发生涡激振动现象。涡激振动是由于水流流经结构体产生周期性交替脱落的尾涡而引起的结构体振动，振动过大会引起强度破坏，即使是振幅较小的振动在长期作用下也会产生疲劳破坏，威胁立管甚至整个石油平台的安全。因此对SCR立管下放过程中产生的涡激振动进行预报有重要的意义。国内外对立管涡激振动的数值预报通常有两种方法，一种是计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铺管过程中的涡激振动预报方法，其特征在于，包括对柔性立管建模和对模型进行求解；/n所述对柔性立管建模包括：/nA1、得到三维耦合的结构运动方程和尾涡振子方程；/nA2、确定模型的边界条件；其中，所述边界条件模拟下放立管的动态行为；/nA3、确定模型的初始条件；/n所述对模型进行求解包括：基于所述边界条件和所述初始条件对所述结构运动方程和所述尾涡振子方程进行数值求解，从而预报涡激振动。/n

【技术特征摘要】
1.一种铺管过程中的涡激振动预报方法，其特征在于，包括对柔性立管建模和对模型进行求解；
所述对柔性立管建模包括：
A1、得到三维耦合的结构运动方程和尾涡振子方程；
A2、确定模型的边界条件；其中，所述边界条件模拟下放立管的动态行为；
A3、确定模型的初始条件；
所述对模型进行求解包括：基于所述边界条件和所述初始条件对所述结构运动方程和所述尾涡振子方程进行数值求解，从而预报涡激振动。


2.如权利要求1所述方法，其特征在于，
所述结构运动方程为：



其中，质量M包括立管质量和附加质量，r为立管的位移，t为时间，z为立管的高度，R为阻尼，EI为立管的刚度；T为立管的张力，F为激励力；
所述尾涡振子方程为：






其中，p为与尾涡有关的变量，q为与尾涡有关的变量，Ax，Ay，εx，εy为经验参数，Ωf为涡脱落频率，D为立管的直径，x为立管沿顺流向的位移，y为立管沿横流向方向的位移。


3.如权利要求2所述方法，其特征在于：
r＝x+iy(2)
F＝Fx+iFy(3)
Fx＝fD+f′D(4)



R＝Rs+Rf＝2ξdMΩs+γρD2Ωf(6)



位移r和激励力F用复数表示，i为虚部单位；位移r分解为顺流向x和横流向y方向的位移；激励力F是施加在立管上的流体力，可分解成Fx和Fy；x方向上的外力Fx是平均阻力fD和振荡阻力fD’之和；质量M包括结构质量ms和附加质量；Ca为附加质量系数，被视为常数，其变化被忽略；ρ为海水密度；D为立管直径；阻尼R被分解为结构阻尼Rs和附加阻尼Rf；γ为常数；ξd为阻尼比；Ω...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯云丽，李孙伟，陈道毅，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44