考虑地震力的深水导管与海底土纵向耦合振动研究
考虑土—结构相互作用的大型风力发电结构风—震耦合作用下动力响应分析
考虑土—结构相互作用的大型风力发电结构风—震耦合作用下动力响应分析考虑土—结构相互作用的大型风力发电结构风—震耦合作用下动力响应分析随着全球对可再生能源的需求不断增长，风力发电作为一种环保、可持续的能源形式得到了广泛应用。
大型风力发电结构在风—震耦合作用下的动力响应分析具有重要的工程意义。
针对该问题，本文旨在探索大型风力发电结构在风—震耦合作用下的动力响应，并考虑土—结构相互作用的影响。
首先，本文将介绍大型风力发电结构的基本构造和工作原理。
大型风力发电结构由塔筒、机舱、叶片和基础组成，其中叶片通过转动驱动发电机发电。
风力发电结构的基础在土壤中承受着巨大的力学荷载，因此考虑土—结构相互作用对风力发电结构的动力响应分析具有重要意义。
接下来，本文将详细介绍大型风力发电结构的风—震耦合作用。
风力作为外界激励力引起结构的震荡，而地震则是地面运动引起的振动。
当风和地震共同作用时，风力发电结构的动力响应将受到双重激励影响。
风—震耦合作用是一个复杂的过程，需要考虑风力和地震的频率、振幅、相位和方向等因素。
然后，本文将分析大型风力发电结构在风—震耦合作用下的动力响应。
首先，通过建立结构的数学模型，采用有限元方法进行计算，获得结构受力、位移和振动特性等参数。
其次，通过数值模拟和实验验证，研究风力和地震双重激励对结构的影响。
最后，对不同风速、地震强度和土壤条件下的结构响应进行综合分析和比较。
最后，本文将讨论土—结构相互作用对大型风力发电结构的影响。
土—结构相互作用是指结构与土壤之间的相互作用，包括土壤的刚度、阻尼和耗散能力等因素。
通过考虑土—结构相互作用，可以更准确地预测结构的动力响应，提高结构的抗风、抗震能力。
综上所述，本文通过考虑土—结构相互作用的影响，探索大型风力发电结构在风—震耦合作用下的动力响应分析。
这对于优化风力发电结构设计、提高结构的抗风、抗震能力具有重要的工程应用价值综合上述分析，风-震耦合作用对大型风力发电结构的动力响应具有重要影响。
地震和波浪作用下表面波条件对海水动水压力的影响
地震和波浪作用下表面波条件对海水动水压力的影响郭康康;赵密;杜修力;许成顺;王亚东【摘要】The ocean site is usually simplified as the seawater-seabed-bedrock system under the obliquely incident earthquake,where the seawater is ideal fluid,the seabed is poroelastic media,and the bedrock is elastic solid.In this paper,the analytical solution to the dynamic responses of the ocean site with the surface wave condition is derived.The influence of the surface wave condition on the ground motion hydrodynamic pressures of seawater is studied.Our results show that when the frequency is higher than 0.5 Hz,the surface wave condition is almost no effect.If the frequency is lower than 0.5 Hz,the effect is significant.The closer to the surface position and the lower frequency will enhance such effect.Because the excellent frequency of actual ground motion is generally larger than 0.5 Hz,the assumption of the rest surface condition isreasonable.However,since the wave is low frequency load and its frequency usually is less than 0.5Hz,the effect of the surface wave condition is more significant under the action of earthquake and wave than under only earthquake.%地震动斜入射条件下海洋场地简化为理想流体海水-两相介质海床-弹性固体基岩系统模型,通常假定为静水液面条件.本文以地震动SV波为例,推导了表面波条件下海洋场地动力反应解析解,研究了表面波条件对海水动水压力的影响.研究表明,表面波频率在大于0.5Hz时对海水动水压力几乎无影响,在小于0.5Hz范围内有影响,且越接近水面、频率越低时影响越显著.实际地震动卓越频率通常大于0.5Hz,因而地震动作用下采用忽略表面波条件的静水液面假定是合理的.进一步结合线性波浪理论,研究SV波和波浪联合作用下表面波条件对海水动水压力的影响.研究表明,由于波浪属于低频荷载且频率通常小于0.5Hz,在地震和波浪联合作用下表面波条件的影响较地震单独作用更为显著.【期刊名称】《震灾防御技术》【年(卷),期】2017(012)001【总页数】11页(P166-176)【关键词】表面波条件;地震;波浪;海水动水压力【作者】郭康康;赵密;杜修力;许成顺;王亚东【作者单位】北京工业大学,城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京100124;北京工业大学,城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京100124;北京工业大学,城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京100124;北京工业大学,城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京100124;北京工业大学,城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京100124【正文语种】中文海洋环境极端恶劣，自然海床处于复杂的荷载环境中，荷载包括波浪、海流、风、冰和地震等。
考虑流固耦合的典型管段结构振动特性分析
然后 以 Ｄ ｖｄｏ ａｉ ｎ单弯管模型为例 ， ｓ 说明典 型管段结构组合的管道系统 的求解方法 ， 并验证直 管以及 弯管模型 和求解 方法 的正确性 。最后 ， 通过改变 弯管 的弯 曲半径以及角度来对管道 的流固耦合振动特性 的影响 因素进行分 析。结果表明 ， 弯 曲角度 以及弯曲半径越小 ， 频谱 曲线密集程度越低 ， 耦合振动越 弱 ， 反之越强。
收稿 日期 ６ １ ６ ２ １ ０ 一２
第 一作 者 李 艳 华 男 ， 士 生 ，９４年 １ 生 博 １８ ０月 通 讯作 者 柳 贡 民 男 ， 授 ， 士生 导 师 教 博
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为一个 直管段 ， 通过传 递 矩 阵用直 管 的 １ 程模 型来 ４方
计算弯 管 。张志勇 把弯 管 划 分为 ４个单 元 ， 与 文 用
献 ［０ 同样 的方 法 对 弯管 进 行 了求 解 。 Ｌ ．Ｄ ｖ — １］ ．Ｃ ａｉ ｄ ｓｎ和 Ｊ ．Ｓ ｉ ｌ］对 弯管进 行 了研 究 ， ｏ ．Ｅ ｍ ｔ １ ， ｈ２ 建立 了 ８方 程传递矩 阵 ， 并设 计 了一个 单弯 管模 型 实 验 ， 行 了实 进
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第２ ９卷第 ６期
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考 虑 流 固耦 合 的 典 型 管 段 结 构 振 动 特 性 分 析
李 艳 华 ，柳 贡 民 ，马
（ ． 尔 滨 工 程 大 学 动 力 与 能源 工 程 学 院 ， Ｉ哈 哈尔 滨
俊
１５０ ） ２０ ４
开放课题申请简介
申请人：禹海涛（同济大学）
课题名称：外海长隧道多尺度动力分析方法及地震灾变机理研究
（2）长隧道结构动力损伤本构模型
（3）外海长隧道结构地震响应、损伤机理的理论分析与数值模拟
开放课题申请简介
编号 1306 研究内容包括：
（1） 首先进行双体船型的耐波性研究，优化船型参数。并以波浪为系统的主要激励， 研究吊装中的风机和安装船整个系统的水动力响应，以及风机和安装船之间的相互耦合 作用，分析风机和安装船之间的动力学模型，研究在波浪补偿机构驱动和波浪条件共同 作用下，风机能维持稳定的控制条件和控制机理。 （2） 在研究（1）的基础上，对波浪运动补偿系统的智能控制策略展开研究。考虑到风 机质量大，属于大惯量系统，系统响应速度慢，所以常规控制器容易产生滞后现象，控 制效果不太理想；并且风机和安装船间并非通过刚性构件连接，而是通过钢索连接，钢 索具有一定弹性，所以钢索对风机的控制作用具有一定的相位偏差，容易产生振荡现象 ，造成最后的补偿效果不佳。因此必须结合整个系统的水动力响应及风机和船舶之间的 相互耦合作用原理，展开智能控制算法研究。 （3） 建立风机软着陆过程的动力学模型，对冲击过程展开应力分析，以冲击载荷最小 为优化目标进行缓冲机构参数设计。分析缓冲机构开始动作的两个载荷阀值——设计低 值和设计高值对缓冲系统响应速度的影响，并优化其取值来提高系统的跟随速度。并通 过仿真与模型试验，验证缓冲定位系统的有效性。
申请人：陆林军（上海交通大学）
课题名称：国际航运温室气体减排分析及可持续发展对策研究
（1）通过四个方面量化了国际航运温室气体排放潜力并通过函数拟合对它们进行拟合， 有助于在实践中得应用，例如.船舶减速航行实现减排的方法具有较好的成本效益比，对 于企业，当从最佳盈利航速以上开始减速航行时，不但可以完成减排目标，同时还会使 企业效益更佳。当从最佳盈利航速开始减速航行以实现减排目标时，其成本适中。
深水海底管道铺设受力性能分析的开题报告
深水海底管道铺设受力性能分析的开题报告一、研究背景及意义随着近年来海底油气资源的逐步开发，海底管道的需求不断增加。
深水海底管道在铺设过程中，易受到海水、海流、风浪等自然条件的影响，同时还受到自身重量和管道内介质压力的作用，因此其受力性能十分重要。
了解深水海底管道的受力性能，有利于指导管道的设计、制造和铺设，提高深水海底管道的可靠性和安全性。
同时，深入研究深水海底管道的受力规律，对于优化管道的铺设方案，减少损伤和失效的风险，具有重大的实际意义。
二、研究内容和方法本研究的主要内容为深水海底管道铺设过程中的受力性能分析，其中包括以下方面的研究：1. 深水海底管道的受力机理和受力特性：分析各种受力因素对管道的影响，探讨深水海底管道的本构关系和力学特性。
2.海底管道的铺设过程：研究海洋环境、海底地形和管道外力等因素对管道铺设过程的影响。
3.数值模拟方法：基于有限元数值模拟方法，对深水海底管道铺设过程中的受力性能进行数值模拟，探讨其受力变化规律。
4.实验方法：结合数值模拟结果，利用模拟装置进行某些关键节点的实验研究，验证数值模拟的准确性，并获得更准确的实验数据。
三、预期研究成果及意义通过本研究，可以深入掌握深水海底管道铺设过程中的受力特性和机理，为管道的设计和制造提供科学依据。
同时，能够为优化管道铺设方案，提高管道铺设效率和安全性，减少失效和损伤发生提供提供理论基础和技术支持，为海洋工程的发展和海洋资源的开发提供了一定的支撑。
四、研究进度安排1.文献阅读和分析（第1-2个月）2.深入了解深水海底管道铺设方式及其受力特性（第3-4个月）3.基于有限元数值模拟方法进行模拟（第5-8个月）4.实验数据收集并整理（第9-10个月）5.论文撰写及修改（第10-12个月）。
海洋立管流固耦合动力特性研究
海洋立管流固耦合动力特性研究随着经济的高速发展，中国的能源需求越来越大。
在海上能源开发技术方面，海洋立管的设计一直是技术难题。
海洋立管由于所处的环境十分复杂，当外界激励频率与立管自身的固有频率接近时易发生共振现象，导致立管的损坏，进而影响海上石油开采工作，甚至会污染海洋环境。
所以，对海洋立管固有频率及其影响因素的研究具有一定的现实和理论意义。
本文通过建立海洋立管模型，分析其所处的环境，根据Hamilton能量方程，建立起海洋立管振动方程，并用幂级数方法对其求解，得到不同边界条件下的固有频率与流速、立管长度之间的关系，给出减少共振现象的方法。
本文研究发现，立管的固有频率与流速和立管长度成反比关系。
标签：海洋立管;固有频率;幂级数法一、课题的研究背景及意义（一）社会背景能源，是我们人类赖以生存的基本条件，也是国民经济发展前行的重要战略物质基础。
目前，深海处石油的探明开采技术仍是中国的薄弱环节。
以钻井平台搭建、海底管线的铺设、水上相关生产系统的构建、保障水下相关生产系统及流动等领域最为典型。
目前，中国在深海作业方面的相关经验是较为匮乏的。
例如，在铺设海底管道时，虽然我国对于深度小于300 米的技术已经能够掌握，但对深海的管道铺设还存在着一定的技术盲区。
海底管线非常脆弱，它们的流动保护性、疲劳强度及涡激振动这些关键因素都必须考虑在内，稍有疏忽就会影响整个勘探开采的过程。
所以，中国想要对大海深处的石油进行开采，不仅仅需要一些高技术的钻井平台，相关支撑技术能否得到突破也显得尤为重要。
因此，我国必须加大对深海技术的开发，特别是一些关键领域的关键技术需要进行深入研究。
（二）海洋立管的现状海洋立管是海底采油系统的重要组成部分，是连接平台设备和水底设备的重要桥梁。
同时，深水立管也是深海工程结构中极易遭到损坏的部件，因为它们通常普遍受到管道内流体的流动和管道外海洋环境的双重负荷。
因为立管的长度与管壁厚度之比很大，并且在中间没有相应的保护结构，所以，在内流与外载荷共同作用下，立管可以产生多阶的高模态涡激振动、浪致振动和立管干涉振动等等。
水下柔性结构流固耦合动力效应研究
水下柔性结构流固耦合动力效应研究一、研究背景随着科技的不断发展，水下工程领域在船舶、海洋平台、海底隧道等诸多方面得到了广泛的应用。
然而由于水下环境的特殊性，如高压力、低温、盐度变化等，使得水下柔性结构在设计和施工过程中面临着诸多挑战。
为了提高水下柔性结构的可靠性和耐久性，研究其流固耦合动力效应显得尤为重要。
流固耦合是指物质在外力作用下发生的变形与流动现象，在水下柔性结构中，由于受到水流、波浪、潮汐等多种外部因素的影响，结构内部的应力分布和变形状态会发生动态变化。
因此研究水下柔性结构的流固耦合动力效应，有助于揭示其在不同工况下的响应特性，为优化设计提供理论依据。
近年来国内外学者对水下柔性结构的流固耦合动力效应进行了大量研究。
这些研究成果不仅为水下工程的设计提供了有力支持，还为实际工程应用提供了重要的参考价值。
然而现有研究成果主要集中在理论分析和数值模拟方面，对于实际工程中的具体问题解决能力有限。
因此进一步深入研究水下柔性结构的流固耦合动力效应具有重要的理论和实际意义。
1. 水下柔性结构的定义和分类梁式结构：梁式结构是最常见的一种水下柔性结构，主要包括横向梁和纵向梁。
横向梁主要用于承受横向水压力载荷，纵向梁则用于承受纵向拉力载荷。
这种结构形式简单、通用性强，适用于各种水下工程应用。
桁架结构：桁架结构是由许多相互支撑的杆件组成的空间框架结构。
在水下环境中，桁架结构可以通过调整杆件长度和间距来实现对受力状态的改变，从而适应不同的工况要求。
桁架结构具有较高的刚度和稳定性，但其制造工艺较为复杂。
索穹顶结构：索穹顶结构是一种以钢索为骨架，通过锚固在海底固定物上的穹顶状结构。
索穹顶结构具有良好的抗风蚀性能和抗冲击能力，同时能够承受较大的水压力载荷。
然而由于钢索的限制，索穹顶结构的刚度较低，且制造成本较高。
悬链网结构：悬链网结构是由一系列相互连接的链条组成的网状结构。
悬链网结构具有良好的柔韧性和抗拉强度，能够在受到外力作用时产生较大的形变，从而吸收部分能量，减小结构的应力集中。
基于有限元的深水隔水管涡激振动分析
基于有限元的深水隔水管涡激振动分析沈国华;王儒朋【摘要】深水隔水管是深海石油钻采作业中的一项关键装备,其技术与产品一直被国外专业公司所垄断,国内尚无国产化产品成功应用的案例.在工程现场应用过程中,涡激振动是导致隔水管疲劳损伤乃至井口破坏严重的主要原因之一.采用有限元分析方法,模拟深水隔水管在深海环境下的工作状态,结合控制变量法,应用模态分析和涡激振动理论,分析了涡激振动对深水隔水管强度和疲劳寿命的影响,并且从理论上给出了降低隔水管疲劳破坏的方法和建议.【期刊名称】《天津科技》【年(卷),期】2018(045)003【总页数】3页(P43-45)【关键词】有限元;深水隔水管;模态分析;涡激振动【作者】沈国华;王儒朋【作者单位】中海油能源发展装备技术有限公司天津300452;中海油能源发展装备技术有限公司天津300452【正文语种】中文【中图分类】TE9510 引言随着海洋石油的勘探和开发逐渐进军深水领域，深水钻井船和平台的使用量也将不断增长。
隔水管作为水下井口和钻井平台之间的重要部件，其主要功能是隔离海水、引导钻具、循环钻井液等[1]。
在海水流经隔水管时，可能产生周期性的振动，即涡激振动，易导致隔水管疲劳损伤乃至井口破坏等严重后果[2]。
在深水海域，由于隔水管泥线以上长度的增加，隔水管相对刚度降低，海流对钻井隔水管强度和稳定性影响加剧。
当隔水管的固有频率与海流产生的涡激频率相近时，将导致隔水管振幅加大[3]，因此，对深水隔水管进行模态分析是对涡激振动开展研究的第一步。
本文采用有限元分析软件ANSYS对深水隔水管的模态进行分析，进而对涡激振动开展研究并得出结论，将有助于在施工中选择合理的入泥深度和隔水管尺寸，为工程上的应用提供理论支撑和科学依据。
1 深水隔水管有限元分析的基本假设由于隔水管在深水条件下受力情况复杂，在建立模型之前，有必要做出一些假设：隔水管不考虑压井、阻流线等影响，认为均质、各向同性、线弹性材料；隔水管简支，上端与浮式钻井装置相连；自重、外载作用下属于小应变大变形问题，不考虑连接处的影响；管内充满钻井液，不考虑钻柱对隔水管抗弯刚度的影响；洋流力、波浪力作用在同一平面内，即假设隔水管受力为最危险的情况。
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试验研究
陶磊等：考虑地震力的深水导管与海底土纵向耦合振动研究
向振动 ， [5] 但没有考虑地震力的影响；ELSAYED 等 进行了地震力下导管架平台的分析，其没有涉及到 水 下 井 口 - 导 管 的 分 析 ； [6] 有 部 分 学 者 做 了 地 震 活 动下海底管线的动态规律研究，但没考虑纵向上与 海 底 土 的 耦 合 作 用 [7]。 综 上 ， 水 下 井 口 -导 管 振 动 分析还处在初步阶段，大多数没有考虑到耦合作用 以及地震力的影响。本文建立了一个考虑地震力的 水下井口-导管与海底土的纵向振动耦合模型，在 模型中同时考虑了井口上段隔水管的张力、钻井液 上返引起的纵向摩擦力以及地震力，将海底浅层土 假设为固液两相的饱和黏性土，运用 Flourier 变换 得到了水下井口频域内的振动特征，并将计算结果 与 ABAQUS 模拟结果以及单相土的计算结果对比， 准确度较高。
Study on the Longitudinal Coupled Vibration of Deepwater Pipe and Seafloor Soil Con ⁃ sidering Seismic Force TAO Lei，ZHAO Hongyu，DENG Song，ZHU Shuo，GENG Haoran，WANG Xiang，JI Mengnan Changzhou University Abstract： In order to provide theoretical support for the stability study of the pipe string equipment such as the riser and underwater wellhead in the process of oil and gas drilling and production， the deepwater underwater wellhead- pipe and seafloor soil longitudinal coupled vibration model based on pile foundation mechanics and fluid mechanics is established. We assume that soil layers around the pipe are homogeneous， isotropic and saturated cohesive soil， and seismic force is harmonic force， which is at the bottom of the soil layers. The model considers the return friction of annular drilling fluid，and the potential function model is introduced to solve results. The calculation results are compared with those simulated through ABAQUS， and influencing factors are analyzed. Study results show that using this model the calculation results will be more accurate. The seismic frequency and the depth of riser are the main factors of the longitudinal vibration of deepwater pipes， while the annular return liquid has little effect on the system vertical vibration. In the deepwater oil and gas drilling and production process， seismic prevention should be noted，and the depth of riser should be designed properly. Keywords：wellhead-pipe；seismic force；seafloor soil；vibration model
ห้องสมุดไป่ตู้
荷的影响 。 [2] 深水水下井口-导管与海底土耦合振动的研究
大多以桩基力学为基础，最典型的桩土模型是 Winker 和 Novak 模 型 ， [3] 但 这 两 个 模 型 都 忽 略 了 土 层中纵向应力的变化。胡昌斌等建立了一个三维轴 对 称 模 型 ； [4] 朱 幸 科 等 研 究 了 深 水 采 油 套 管 柱 的 纵
DOI:10.3969/j.issn.1006-6896.2019.02.004
* 基金论文：江苏省自然科学基金 （BK20180959）、国家自然科学基金 （51574261）、江苏省高等学校自然科学研究项目 （17KJB440001） 资助。
油气田地面工程
第 38 卷第 02 期 （2019-02）
试验研究
考虑地震力的深水导管与海底土纵向耦合振动研究*
陶磊 赵虹宇 邓嵩 朱硕 耿浩然 王相 纪梦楠
常州大学
摘要：为对深水油气钻采过程中隔水管、水下井口等管柱设备的稳定性研究提供理论支撑，基 于桩基力学和流体力学，建立了考虑地震力的深水水下井口-导管与海底土纵向耦合振动模型。 假设深水导管周围的土层是均匀的，且是各向同性的饱和黏性土壤，海底地震力是简谐力，并 施加在土层的底部，模型考虑了环空钻井流体上返摩擦力，并引入势函数对模型进行求解。将 计算结果与 ABAQUS 模拟结果对比，同时进行了影响因素分析。研究结果表明，采用此模型计 算结果准确度较高，深水导管纵向振动主要影响因素是地震频率和导管下入深度，而环空上返 流体对系统纵向振动影响较小，在深水油气钻采过程中应注意预防地震灾害，并合理设计导管 下深。 关键词：井口-导管；地震力；海底土；振动模型
深水浅部地层的胶结质量差，固井难度大，海 底地震来临时，对表层套管柱和海底管线可能会造 成较大的破坏。据统计美国威名顿、中国大庆以及 俄罗斯萨格勒布的油藏有超过 1 000 口由于地震引 起 的 套 管 损 毁 井 。 [1] 在 钻 井 过 程 中 ， 水 下 井 口 - 导 管面临着隔水管张力、浅层土耦合作用以及地震载