结合流固耦合分析的深水钻井管柱结构疲劳寿命预测研究

摘要

深水钻井管柱在复杂海洋环境与动态载荷耦合作用下易发生疲劳失效，传统寿命预测方法忽略流体动力学对结构响应的实时调制效应。本研究构建耦合Navier-Stokes方程与Timoshenko梁模型的双向流固耦合分析框架，通过高精度瞬态仿真获取管柱关键截面的时变应力谱；结合雨流计数法与修正Miner线性累积损伤理论，建立考虑涡激振动相位滞后与局部应力集中系数的疲劳寿命预测模型。实证表明：在1500米水深、2.5节海流工况下，耦合模型预测寿命较单向刚体假设缩短37.2%，且最大损伤位置由井口偏移至海底防喷器连接段；参数敏感分析揭示海流速度与管柱壁厚为前两位主导因子，其交互效应贡献率达64.8%。