Dynamic analysis of an offshore pipe installation using the J-lay method

W pracy przedstawiono model matematyczny umożliwiający analizę dynamiki procesu układania rur na dnie morskim przy określonym falowaniu. W procesie dyskretyzacji rurociągu wykorzystano metodę sztywnych elementów skoń- czonych. Proponowane sformułowanie bazuje na uzewnętrznieniu sił wewnętrznych, spowodowanych odkształceniami materiału i uwzględnieniu ich w równaniach ruchu jako sił zewnętrznych. Pozwala to na stosowanie nieliniowych charakterystyk materiałowych w przypadku wystąpienia odkształceń plastycznych. Zakładano kinematyczne wymuszenie ruchu jednostki pływającej, na której zamontowane są urządzenia do instalowania rurociągów. W modelu zasymulowano oddziaływanie dna oraz wody na elementy skończone. Stosowano zależności empiryczne, opracowane dla elementów smukłych. Wyniki symulacji przedstawiają poziom sił generowanych w trakcie układania rurociągów oraz wpływ falowania i prądów morskich na zachowanie się układu.The paper presents mathematical models developed for dynamic analysis of an offshore pipeline installation under wavy sea conditions and currents. The rigid finite element method has been applied in order to discretize the pipeline. Internal forces due to material deformation are treated as the external loads, which allow a nonlinear material characteristics to be taken into account. In order to define the motion of the surface vessel, a kinematic input has been assumed. Typical RAO’s of an offshore construction vessel have been applied. The soil-pipe interaction, as well as fluid-pipe interaction are considered in models analysed. In both interactions a semi-empirical formulation have been applied. Fluid-structure interaction is based on the Morison equation for slender members, while the DNV’s rules are used for the soil modelling. Numerical simulations have been performed and the results attached show the level of forces during installation. Wave and current loads are investigated, as well as different pipe diameters. Some validation of the programme developed has been presented, too. A planar model of a riser is investigated in the ANSYS environment which forms the basis for indirect verification of the method