郭力, 袁昱超, 唐文勇

上海交通大学学报 2025, 59 (12): 1815-1823. DOI:10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.007

摘要（1748）

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海洋管线在海洋工程装备中应用广泛,在黑暗未知的海底极易受到船锚、深潜器等水下结构物的意外破坏,开展海洋管线平衡位形状态监测研究可有效保障管线的安全.本文基于逆有限元法开发了海洋管线在三维背景洋流作用下的位移场反演模型,包含输入参数模块、坐标转换模块和位移重构函数模块,考虑了悬链线型海洋管线曲率大、三向耦合大位移、局部翻转等特征,解决了三维背景洋流作用下悬链线型管线位移场低模态、不规则给位移场反演带来的技术难题,研究了监测点数量和监测点布置位置对位移场反演精度的影响.测点间距100 m、30° 布置的方式可满足工程精度要求,研究结果可为海洋管线健康监测系统设计提供一定的思路和方法.

在平面梁上分别建立整体坐标系(XO₁Y)和局部坐标系(xO₂y),依据有限元理论将直梁划分为n个逆有限元单元,每个单元包含2个节点,每个节点存在3个自由度(u,v,?),测量每个节点横截面上下两个测点的应变信息,用于整体结构位移场的反演,逆有限元原理图如图1所示.图中:u₁和u₂为局部坐标系下逆有限元节点x方向位移;v₁和v₂为局部坐标系下逆有限元节点y方向位移;?₁和?₂为局部坐标系下逆有限元节点转动;ε+为逆有限元单元横截面上顶点应变;ε-为逆有限元单元横截面下顶点应变;?为欧拉角.