海洋立管是海面作业平台与海底井口间的主要连接件,是海洋油气开发的重要设施,也是油气开发系统中最薄弱的构件之一。立管运行期间受力复杂,主要承受波浪、海流的作用,同时受到浮动平台运动的影响,通常做周期性的振动,长期作用下立管将产生疲劳破坏,造成严重的环境污染和经济损失。因此,对海洋立管进行动力响应和疲劳研究具有重要的科学意义和工程应用价值。本文使用通用有限元软件ANSYS,对顶张力立管在波浪、海流、浮体运动等作用下的顺流向动力响应进行了计算。基于软件计算结果,在MATLAB中对立管位移、应力、弯曲应力等数据作进一步分析,编制了雨流计数法程序,运用S-N曲线法和Palmgren—Miner线性累积疲劳损伤理论,对立管的疲劳损伤进行了研究。分析结果表明,立管固有频率随着顶张力的增大而增大,随着约束的增加而增大。在不同波高、相同周期的波浪作用下,立管激发的振型一致,波高越大,响应幅值越大,疲劳损伤越大；不同周期,相同波高的波浪作用下,立管激发的振型可能不同,波浪周期同立管自振周期较为接近时,响应幅值较大,疲劳损伤越大。波浪、海流共同作用时,立管在只有海流作用时的静平衡位置附近振动,立管顶部和底部附近的弯曲应力和疲劳损伤较大。浮体有静偏移时,底部附近的弯曲应力明显增大,疲劳损伤随之增大,但偏移大小对疲劳损伤影响不大；浮体水平运动将急剧增大底部附近的弯曲应力和疲劳损伤。适度增大顶张力,可以减小立管底部的弯曲应力和疲劳损伤。