[发明专利]基于浮式结构波频和慢漂组合的立管运动响应模拟装置

说明书

本发明公开了一种基于浮式结构波频和慢漂组合的立管运动响应模拟装置，包括可移动式水槽、顶端激振加载装置、试验样管以及数据采集系统；可移动式水槽包括不锈钢板、钢化玻璃板等；顶端激振加载装置由H型钢立柱、T型侧板和液压伺服双频激振加载装置组成，设置在可移动式水槽的右侧方；试验样管包括硅胶管和圆柱形复合泡沫塑料，顶端与顶端激振加载装置连接，末端与可移动式水槽内壁连接。该试验装置通过研究风浪流作用下浮式结构产生的双频激振响应沿着缓波型柔性立管的传递过程和运动特征，以便通过室内模型试验所得到的系统采集数据分析结果能够为深水柔性立管构型设计和理论分析提供参考依据。

技术领域

本发明涉及柔性立管运动响应模拟装置领域，尤其涉及一种深水作业工况下浮式结构波频和慢漂组合运动作用下多重缓波型柔性立管运动响应模拟装置，可以用来模拟风浪流作用下浮式结构产生的双频激振响应沿着缓波型柔性立管的传递过程和运动响应特征，研究缓波型立管布置构型对深水立管动力响应的影响规律和对触地区运动的解耦机理。

背景技术

钢悬链线立管作为一种较好的油气输送解决方案，在深水油气开发中得到了广泛的应用。但是，随着作业水深不断增大以及环境工况愈发恶劣，钢悬链线立管遭受顶端浮式结构往复运动、无规则水动力荷载和循环土壤抵抗力等作用，可能会产生过大的弯曲应力以及立管顶端和触地区的疲劳损伤破坏。因此巴西国家石油公司研发中心针对不同立管布置构型开展极限荷载工况、涡激振动和波致疲劳等研究，发现缓波型立管在结构性能和经济方面是较为合适的深水布置构型。该布置可以有效降低立管顶端张力，缓解浮式结构运动对立管触地区的耦合作用，从而提高该区域的疲劳寿命，因此在深海油气开发中得到了越来越广泛的应用。

目前国内外大多数学者(Tanaka RL,Martins CDA.A genetic algorithmapproach to steel riser optimization[C].In:Proceeding of the 25stInternational Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering,2006:271-277,Hamburg,Germany；Pina AAD,Albrecht CH,Lima BSLPD,et al.Tailoring theparticle swarm optimization algorithm for the design of offshore oilproduction risers[J].OptimizationEngineering,2011,12(1-2):215-235；Yang HZ,Wang A,Li HJ.Multi-objective optimization for deepwater dynamic umbilicalinstallation analysis[J].Science China Physics MechanicsAstronomy,2012,55(8):1445-1453)选取最大动应力、疲劳寿命、工程造价和浮力段参数等作为优化目标，采用遗传算法、粒子群算法以及拟牛顿法等优化算法对缓波型立管进行线型优化设计，进而获得优化后的浮力块数量、尺寸及其安装位置等参数，探究深水缓波型柔性立管力学性能在不同布置参数下的变化规律，指出缓波型立管可以有效减缓立管触地区的局部动力屈曲，立管触地点的应力明显降低，短期疲劳损伤也相对较小，而浮式结构运动、管内流体、海床土体、浮力块尺寸和相对位置对缓波型立管力学特性具有显著影响。上述研究针对缓波型立管动力响应和疲劳损伤进行了深入的研究，但并未就如何通过构建缓波布置构型实现深水立管动力优化的机理开展更深入的探究。