为准确了解张紧器对立管静动力响应的影响以及处理传统分析时立管顶部简化处理的问题,本文充分考虑张紧器的作用,基于向量式有限元(VFIFE)法建立立管动力学模型,研究张紧器对立管静动力响应的影响以及对平台运动传递的规律。研究结果表明:本文建立的立管动力学分析模型能够有效考虑张紧器的影响;海流作用下立管的静力分析中,张紧器能提供更大的顶张力,从而减小立管的横向位移以及最大弯矩;波浪以及平台作用下的动态分析中,张紧器对平台纵荡的传递影响较小,对垂荡的补偿效应明显,补偿后的立管顶端位移远远小于平台运动幅值,并且在张紧器对顶部平台运动的缓冲作用下立管的位移和弯矩受平台运动影响不大。因此在分析中考虑张紧器对平台运动的传递补偿作用能更准确合理地施加顶张力以及平台运动,从而能更加有效的预测立管的响应。

本文基于Fluent软件,建立具有多种设计振幅的内孤立波数值水槽,通过质量源造波方法实现对内孤立波的模拟,与物理实验结果及理论结果进行对比分析,利用软件自带的监测功能在对大振幅内波进行模拟时获取波致流场数据,结合改进的Morison方程计算内孤立波对顶张力立管的作用,基于欧拉–伯努利梁模型利用有限元法分析其动力响应。结果表明,本文采用的质量源造波方法下的模拟结果,与实验及理论吻合较好,在大振幅内孤立波作用下,立管位于上层流体中的部分所受到的来自内孤立波的水平作用力相比于位于下层流体中的部分大了许多,而在内孤立波作用下的顶张力立管发生的变形和产生的应力都很大,在波谷到达立管时应力与变形达到最大。