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（1851）

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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.

2.2节研究发现立管的翻转角度严重影响立管位形的反演精度,在管线智能健康监测系统设计中要考虑翻转效应的影响,仅以90° 为间隔布置4个传感器的方案很难达到满意的效果.因此需要研究传感器布置位置对钢制悬链线立管位移场重构的影响.设计3种测点布置位置,如图9所示,分别是90° 布置、45° 布置和30° 布置,此外根据数值模拟计算结果,可得到沿管长方向的翻转角度分布,根据每种工况计算得到的翻转角度分布,设置第4种测点布置位置,即全局布置,按照计算得到的翻转角度布置测点,在实际工程中翻转角度可通过扭转传感器测量得到.由于0° 来流作用下立管不会发生翻转,所以主要研究45°、90° 和135° 来流的3种工况.

为考虑翻转角度对计算结果的影响,在反演之初考虑翻转角度,对测点进行翻转角度修正,采用距离真实翻转角度最近的测点,如图9(b)所示,黑线是在三维海流作用下全局坐标系的X方向,绿线是初始状态下全局坐标系的X方向,在海流作用下,测点1和测点8与黑线的夹角分别是20°和30°,因此采用测点8测得的应变数据作为此位置处的应变值,其他工况和位置以此类推.图10展示4种测点布置方式下的翻转角度转换关系,其中90° 布置的工况不考虑翻转角度效应.