深海立管振動如何預報?清華SIGS科研團隊給出自主方案!

2026-08-28 22:15:34 大公網 作者:毛丽娟

海洋立管是油氣開採的“深海生命線”,但海流引發的渦激振動時刻威脅其安全。如何準確預報這一振動,是業界長期鑽研的重要問題之一。近日,清華大學深圳國際研究生院王恩浩團隊自主研發的海洋立管渦激振動預報軟件,正式獲得全球最古老的船級社——英國勞氏船級社(Lloyd’s Register, 簡稱LR)原則性認可(AiP)。

據團隊介紹,海洋立管一端連接海上浮式設施,另一端連接海底生產系統,是輸送油氣等流體的關鍵通道,被稱為海洋油氣開發的“生命線”。這些細長的管道長期處在複雜的海洋環境中,要經受海流、波浪和平台運動等多重影響。海流經過立管時,會在管體後方形成一串交替脱落的旋渦。這些旋渦會對立管產生反覆變化的作用力,使其發生振動,這種現象被稱為“渦激振動”。持續的渦激振動會使立管反覆受力,長期累積可能造成疲勞損傷,嚴重時甚至導致立管斷裂。因此,準確預測立管在不同海流和平台運動條件下的振動幅度、頻率及受力變化,是開展深水立管結構設計、壽命評估和安全運維的重要依據,也是海洋工程中的一項關鍵技術問題。

8月14日,頒證儀式在英國勞氏船級社位於上海的大中華區總部舉行。英國勞氏船級社全球審圖中心新造船業務總經理傅宗政、大中華區諮詢業務總監孫大勇、全球海工技術支持辦公室浮式結構與繫泊首席專家王愛軍,清華大學深圳國際研究生院副教授王恩浩及2022級博士研究生餘志鵬、2026級博士研究生高爍參加儀式。

傅宗政(右)為王恩浩頒發AiP證書

團隊聚焦複雜海洋環境下柔性立管的流固耦合振動響應問題,系統開展理論建模、數值算法研究與軟件開發,構建了渦激振動時域預報模型。通過試驗數據校核、多工況算例測試及持續迭代優化,團隊逐步形成了從理論模型、算法實現到工程驗證的完整技術體系。基於上述研究成果自主研發的海洋立管渦激振動預報軟件,可準確、高效地預報復雜來流及平台運動作用下柔性立管的渦激振動響應。

在本次原則性認可評審中,英國勞氏船級社對該軟件的理論基礎、數值方法、程序實現和適用範圍進行了系統審查,並選取多種定常流與非定常流工況,將軟件計算結果與試驗數據及國際主流海洋立管渦激振動預報軟件的計算結果進行對標,綜合評估其預報能力。憑藉紮實的理論基礎、完善的技術體系和可靠的預報性能,該軟件順利通過評審,正式獲得英國勞氏船級社原則性認可。

雙方代表合影

該認可體現了清華大學深圳國際研究生院科研團隊在海洋立管渦激振動響應分析與安全評估方面的研究和技術積累,有助於提升深水立管設計分析與風險評估水平,增強深海工程安全保障能力,並推動海洋工程關鍵工業軟件的自主研發與工程應用。

英國勞氏船級社創立於1760年,是世界上最早成立的船級社。經過260餘年發展,勞氏船級社已成為全球領先的海事專業技術服務機構,面向船舶與海洋工程領域提供覆蓋資產全生命週期的入級、法定檢驗、認證、技術評估及專業諮詢等服務,在全球海事行業具有廣泛影響力。