[发明专利]一种深水顶张式立管大变形弯曲振动的分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋深水立管的研究方法，具体涉及一种深水顶张式立管大变形弯曲振动的分析方法。

背景技术

深水顶张式立管是深海油气开发的重要装备，由于立管长度(1000～3000m)远远大于其截面尺寸(0.3～0.5m)，因此，其弯曲刚度较小，属于大柔性结构。特别是新型的顺应式立管，其柔性更是远远超出传统梁结构的范围，属于超大柔性结构。目前，深水顶张式立管的弯曲振动分析主要采用传统欧拉梁的复杂弯曲(考虑轴向力的弯曲)理论，该理论基于小变形假定，忽略由于弯曲变形引起的重力势能变化和曲率对深水顶张式立管几何刚度和惯性力的影响。该方案基于图1所示的力学模型来建立顶张式立管弯曲振动方程。图1中，微元段的重力包括在张力T内。

基于该模型，现有技术采用公式(1)的立管弯曲振动方程：

m∂2y∂t2+c∂y∂t+EI∂4y∂x4-∂∂x(T∂y∂x)=q---(1)]]>

式中：m--立管单位长度的质量；

      EI--立管截面弯曲刚度；

      c--立管单位长度的结构阻尼系数；

      y--立管弯曲挠度；

      T--立管张力；

      t--时间；

      x--立管的轴向坐标；

      q--作用在立管上的流体荷载。

现有技术的主要缺点如下：

1、没有考虑立管大变形引起弯曲振动加速度的垂直分量

小变形时，立管弯曲振动的加速度垂直分量较小，因此，被忽略。而大变形时，立管弯曲振动加速度的垂直分量较大，不应被忽略。

2、没有考虑立管大变形引起的重力对弯曲振动的影响

小变形时，由于假设立管的变形仅发生在横向，因此，重力势能不发生变化。但大变形时，由于弯曲变形引起的截面转动，导致重力对弯曲变形起到了约束作用。因此，大变形时应考虑重力对弯曲变形的影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，考虑深水顶张式立管大变形引起的垂直方向的弯曲振动加速度和大变形引起的重力势能变化对弯曲振动的影响，建立大柔性深水立管弯曲振动大变形分析方法。

本发明的技术方案如下：一种深水顶张式立管大变形弯曲振动的分析方法，建立的深水顶张式立管弯曲振动分析模型如下：