[发明专利]一种深水顶张式立管竖向振动分析方法

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竖向振动分析方法。

背景技术

深水顶张式立管是深水海洋立管的一种主要类型，立管的下端与海底井口连接，管壁张力直接作用在井口上，而管内的流体源源不断地从海底穿过立管流向浮式平台。竖向振动是浮式平台垂荡运动引起的深水顶张式立管轴向振动，由于现有分析方法采用的是仅受张力而不受横向力作用的等截面直杆的轴向振动理论，其数学模型中不包括显式的张力，仅包括轴向位移，因此，该模型不包括横向振动的影响，且立管的轴向位移响应不是通过轴向荷载的强迫振动计算得到的，而是通过端部的轴向位移计算求解的，故而，也被称为参数(位移本身是对荷载响应，因此，称为参数)振动。但是，深水顶张式立管在海洋环境中不仅受张力作用，同时还受到海洋环境荷载的作用，因此，轴向振动和横向弯曲振动是同时发生的。在小变形条件下，横向弯曲引起的轴向位移较小，可以忽略。但是，对于深水立管的大位移横向弯曲振动，由于横向弯曲引起的轴向位移已经超出了小变形的范围，轴向振动分析时应考虑横向弯曲引起的轴向位移影响。因此，现有的轴向振动(参数振动)分析方法与深水顶张式立管的实际受力(同时受张力和横向荷载作用)和变形(轴向变形和横向变形耦合)状态有较大的区别。

现有的深水顶张式立管轴向振动分析方法是基于等截面直杆的轴向振动理论，该理论建立在小变形假设和没有横向弯曲变形的基础上。基于该理论的深水顶张式立管轴向振动方程可表示为：

m‾∂2u∂t2+c∂u∂t-EA∂2u∂x2=0---(1)]]>

式中：u为立管轴向位移；

x为立管轴向坐标；

t为时间；

为立管单位长度质量；

c为立管材料的阻尼系数；

EA为立管截面拉压刚度。

公式(1)是没有横向弯曲变形且符合小变形假设的深水顶张式立管轴向振动方程，没有考虑横向弯曲大位移对立管轴向振动的影响，即横向弯曲大位移引起的轴向位移。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种深水顶张式立管竖向振动分析方法，使深水顶张式立管的竖向振动分析更加符合立管的实际受力和变形状态。

本发明的技术方案如下：一种深水顶张式立管竖向振动分析方法，该方法采用考虑横向弯曲振动大位移引起轴向位移的深水顶张式立管轴向振动分析模型，其模型方程如下：