[发明专利]一种深水立管几何刚度的计算方法

摘要

本发明涉及工程领域计算方法，尤其涉及一种深水立管几何刚度的计算方法。本发明正确的描述了内外压力对深水立管几何刚度的影响，提出了正确的计算方法。

主权项

1.一种深水立管几何刚度的计算方法，其特征在于，包括下列步骤：(一)几何刚度指由梁的轴向力产生的弯曲刚度，由此建立梁的结构动力学方程，即公式1：公式1中的二阶坐标导数项即为几何刚度，T即为梁的轴向力，其中，以拉为正、压为负，并以梁的端面为坐标原点，建立直角坐标系；式中：y——梁的横向变形；x——梁长度方向的坐标；——梁单位长度的质量；c——阻尼系数EI——梁截面抗弯刚度q——分布载荷t——时间(二)对公式1求解，得到几何刚度的计算公式，即公式2：K_G＝T∫_l[φ′(x)]²dx，式中：φ(x)——梁的挠曲线函数；(三)由于深水立管不允许受压力作用，因此，轴向力T通常称为张力，采用深水立管的管壁张力T_w进行计算，得到计算深水立管轴向力的定义和计算方法，即公式3：式中：T_w——管壁张力；T_t——立管的设计顶张力；——立管单位长度的质量；x——立管横截面距海平面的长度；p_i——管内的流体压力；A_i——立管内壁横截面积；ρ——海水密度；g——重力加速度；A_o——立管外壁横截面积；(四)将深水立管划分为若干个梁单元；(五)将梁的挠曲线函数表示为插值函数的形式，即公式4：φ(x)＝[N(x)]{a}；(六)将由公式3计算得出的T_w和由公式4计算得出的φ′(x)＝[N(x)]′{a}带入公式2中，得到梁单元的几何刚度矩阵公式：(七)将(四)中划分的所有梁单元的几何刚度矩阵累加，即得出计算深水立管的几何刚度矩阵的公式，即公式5：