[发明专利]一种基于模态频率的多跨管道判别方法

说明书

本发明提供一种基于模态频率的多跨管道判别方法，包含以下步骤：S1，计算悬跨管道A段的单跨模态频率fsubgt;0/subgt;；S2，计算悬跨管道A段的多跨模态频率fsubgt;i/subgt;；S3，计算单跨模态频率fsubgt;0/subgt;与初始多跨模态频率fsubgt;i/subgt;的差，并将差与单跨模态频率fsubgt;0/subgt;的比值和预定阈值进行比较，以确定初始临界跨长比；S4，以预定跨间比间隔γ逐步增大初始跨间比αsubgt;1/subgt;，以获得等间隔的多个跨间比和与每个跨间比相对应的临界跨长比；S5，绘制多跨判别曲线，并基于多跨判别曲线对与悬跨管道A段所处的工况条件下的悬跨管道区段进行多跨判别。该方法根据不同跨间比、跨长比下的管道模态频率的变化情况，判断跨与跨之间的影响程度，提高了判别的准确定。

技术领域

本发明涉及海洋管道工程技术领域，更具体地涉及一种基于模态频率的多跨管道判别方法。

背景技术

海底管道具有连续性，相邻悬跨段发生涡激振动会产生相互影响的作用。当海底管道形成多段的悬跨时，若相邻跨之间对彼此的振动特性及振动响应有影响，则称这些相互影响的悬跨段为多跨。若相邻悬跨之间没有影响，则可按孤立单跨来计算其振动响应，反之则必须考虑多跨形式。多跨之间相互影响，可能会导致振幅的增加，甚至改变悬跨对涡激振动的敏感速度范围。在振动响应和疲劳的计算过程中，多跨间的相互作用不容忽视。

模态是结构系统的固有振动特性。每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。在海底管道悬跨长度发展的典型阶段，结构的模态频率对边界条件、附加质量、轴向力、跨长等状态的变化都较敏感，任何一种状态的变化都会导致悬跨管道模态频率的改变。然而不同状态变化也能够得到相同的模态频率，使得单纯凭借大量的固有频率样本无法准确地进行多管道判别。

因此，建立一种以模态频率为基础，准确性高的多跨管道判别方法成为海洋管道工程技术领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于模态频率的多跨管道判别方法以解决现有技术中存在的上述问题。该方法考虑了海底土体与管道间的相互作用的影响，根据不同跨间比、跨长比下的管道模态频率的变化情况，判断跨与跨之间的影响程度，从而建立了一种新的多跨海底管道判别方法。

依据本发明，提供一种基于模态频率的多跨管道判别方法，海底管道包含由跨间土体间隔开的悬跨管道A段和悬跨管道B段，方法包含以下步骤：

S1，至少部分地基于跨间土体的土体弹簧刚度计算悬跨管道A段的单跨模态频率f₀；

S2，设定跨间比的初始值为初始跨间比α₁、跨长比的初始值为初始跨长比α₂，并至少部分地基于跨间土体的土体弹簧刚度、初始跨间比α₁和初始跨长比α₂计算悬跨管道A段的多跨模态频率f_i，其中，跨间比为跨间土体的长度L_s与悬跨管道A段的长度L_A的比值，跨长比为悬跨管道B段的长度L_B与悬跨管道A段的长度L_A的比值；

S3，计算单跨模态频率f₀与初始多跨模态频率f_i的差，并将差与单跨模态频率f₀的比值和预定阈值进行比较，以确定初始临界跨长比；

S4，以预定跨间比间隔γ逐步增大初始跨间比α₁，并重复步骤S2-S3，以获得等间隔的多个跨间比和与每个跨间比相对应的临界跨长比；

S5，使用步骤S4获得的多个跨间比和每个跨间比相对应的临界跨长比绘制多跨判别曲线，并基于多跨判别曲线对与悬跨管道A段所处的工况条件相同的悬跨管道区段进行多跨判别。

依据本发明的一个实施例，步骤S3中，确定初始临界跨长比包含：