[发明专利]一种海底自由悬跨管道纯顺流向涡激振动预报方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡激振动的研究方法，更具体的说，本发明涉及一种海底自由悬跨管道纯顺流向涡激振动预报方法。

技术背景

随着国家海洋强国战略的逐步实施，海底油气资源的开采和利用得到了进一步的发展。海底管道能够快速高效的将海底油井出产的石油和天然气等能源物质运送到陆地上，具备安装方便、造价低廉、高效运输等优点，目前已成为海底油气输送系统的主要装置，海底能源运输的大动脉，今后也将得到更广泛的应用。

众所周知，海底地势与陆地地势一样，高低起伏不平，有海沟、海岭、海盆等，使得海底管道在安装过程中就会出现自由悬跨现象。另一方面，海底管道在服役过程中，由于经受海底洋流对其周围海床土体的冲刷作用，容易掏空海床土体，造成海底管道出现自由悬跨。

当外界流体流经悬跨的海底管道时会在尾迹流场中出现交替脱落的漩涡，造成管道两侧的水压力不平衡，从而使悬跨管道受不平衡水压力的外激励作用而发生振动，称之为“涡激振动”。这是造成海底自由悬跨管道疲劳破坏的主要原因之一。

当漩涡脱落频率与管道结构固有频率接近时，悬跨管道会发生横流向涡激振动，这是传统涡激振动所关注的重点。而当漩涡脱落频率接近于管道结构固有频率的1/3或者1/2时，悬跨管道会出现纯顺流向涡激振动，这时的涡激振动可分为第一不稳定区域和第二不稳定区域，但现有技术缺乏关于悬跨管道纯顺流向涡激振动的相关理论。

由于海底自由悬跨管道的两端由海床土体支撑，且海床土体对悬跨管道的涡激振动有较强的约束作用，海床土体越坚硬，约束条件越强烈，也就越难发生涡激振动。又由于海床土体是由固相、液相和气相三相物质组成，具有弹塑性，故悬跨管道的运动会使海床土体的性质发生改变，而海床土体性质的改变又会影响到悬跨管道的运动。因此，悬跨管道与海床土体之间存在着相互耦合作用。

可见，海底自由悬跨管道纯顺流向涡激振动涉及到外界流场、管道结构和海床土体的多场耦合作用。但现有技术缺乏对悬跨管道与外界流场和海床土体耦合作用的分析理论，故无法对纯顺流向涡激振动进行有效的预报。

发明内容

本发明的目的就是弥补现有技术的缺陷，并为此提供一种海底自由悬跨管道纯顺流向涡激振动的预报方法。该方法考虑了悬跨段管道结构与外界流场在第一不稳定区域和第二不稳定区域的耦合作用以及跨肩处管道结构与海床土体的耦合作用，使得理论预报结果更加符合实际结果，为海底自由悬跨管道纯顺流向涡激振动提供了一种有效的预报方法和分析途径。

本发明的海底自由悬跨管道纯顺流向涡激振动的预报方法，包括以下步骤：

(1)建立预报模型：

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