近日，我院安全科学与工程学科博士研究生李彦伟在隔水管全耦合非线性动力学模型研究方面取得重要进展，相关研究成果《一种钻井隔水管全耦合非线性动力学模型》（A fully coupled nonlinear dynamic model for drilling riser）发表在《Nonlinear Dynamics》。《Nonlinear Dynamics》是非线性动力学领域的国际知名期刊，目前影响因子为5.2（SCI二区TOP）。论文第一作者为刘秀全教授，中国石油大学（华东）为第一署名单位和唯一通讯单位，该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、工信部高技术船舶科研项目及“泰山学者”青年专家计划等项目的联合资助。
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钻井平台-张紧器-隔水管-水下井口复杂系统的动力学模型与分析方法是海上油气勘探中最具挑战性的课题之一。尽管学者们基于等效原理提出了多种简化的力学模型来分析该系统的力学特性，但这些简化模型往往无法全面反映复杂系统的动力学响应。因此，考虑了隔水管系统的横纵耦合效应及大位移变形特性、顶部边界张紧器的非线性特性，以及底部边界水下井口系统的多层结构特征，基于能量法和哈密顿原理，建立了复杂系统的全耦合非线性动力学模型。同时，结合有限元法、Galerkin法、Newton-Raphson迭代法和Newmark β积分法，提出了一种综合的求解方法，最后开发了动力学求解器。利用该求解器，研究了模型简化对复杂系统动力学响应的影响。
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顶部边界对复杂系统弯矩的影响 |
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隔水管横纵耦合及大位移变形特性对复杂系统弯矩的影响 |
结果表明，各方向上的平台运动均会提高复杂系统的动力学响应，且这一影响不可忽视。当忽略水下井口系统时，隔水管对水下井口系统动力学响应的影响将被高估。复杂系统中隔水管的轴向与横向的耦合振动效应会随着隔水管的横向变形而加剧。
论文链接：https://doi.org/10.1007/s11071-024-10626-7
