钢悬链线管道(SCR)及数值模拟研究初探

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随着油气开发向深海领域发展,管道作为联结海底井口与上部浮体间的重要组成部分,柔性管道的研究越来越受到各方面的重视。钢悬链线立管(SCR)由于其结构简单、施工方便、传输量大等优点被国内外学者推荐为最适合于我国南海油气开发的首选管线结构。 本文以钢悬链线管道(SCR)为主要研究对象,阐述了SCR管道的一些基本的形式、主要的设计流程、安装方法等,以及国内外对它的主要研究领域、研究方法。借鉴了其他学者研究的经验基础上,提出了在广义坐标系下,利用大变形下的梁单元模型,采用集中质量法推导出了SCR管道的Kane运动平衡方程。由于其几何非线性、大变形的特点,采用Newton-Raphson对其方程进行迭代求解,方程的结果与经典的悬链线求解方法进行了对比。在此基础上,对SCR管道在静力作用下的位形、内力等进行了分析,得出如下结论:管道的轴向拉力远远大于弯曲应力;管道的主要弯矩出现在管道下端触地部分及管道与上端浮体的连接部分;管道的固有频率随着管道尺寸的增大而减小、随着管道浸水部分的增加而减小。
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