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《大连理工大学》 2010年
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Spar平台涡激运动对立管的动响应及疲劳分析

于馨  
【摘要】: Spar平台目前是海洋工程中使用较为广泛的一种平台,它水线面小,重心低,拥有极好的稳性,并且对波浪激励具有较小的响应。然而,Spar平台大吃水柱状主体结构,在一定的雷诺数范围内,当水流流经时,会产生涡激运动。涡激运动时平台进行周期性的往复运动,这不仅引发平台本身的疲劳,同时,作为立管顶端的边界条件,将对立管产生疲劳损伤。 本文选用尾流振子模型对Spar平台涡激运动进行预报。使用有限元软件建立钢悬链线立管模型,并将平台的运动作为边界条件,得到Spar平台涡激运动下钢悬链线立管的动响应及疲劳损伤。 首先回顾了国内外关于Spar平台涡激运动以及由涡激运动引起的立管疲劳损伤方面的研究进展和关键技术,并在上述基础上提出了一些尚需进一步解决的问题,为指导本文的后续工作奠定了基础。详细介绍了涡激运动的机理和常用的研究方法。 本文采用适合于弹性约束刚性圆柱体的Matteoluca尾流振子模型,将Spar平台的主体部分简化成一个刚性圆柱,通过改进的Van der pol方程来描述流场近尾迹动力学,与平台的振动方程相耦合,以一个真实的Spar平台为例计算,得到涡激运动响应的振幅、升力、相位和周期等一系列变化规律。 最后讨论了由平台运动引起的钢悬链线立管的动响应和疲劳损伤。对钢悬链线立管的结构特点和疲劳损伤方法做了系统的介绍。将Spar平台的运动响应作为边界条件,使用ANSYS中的pipe59单元建立钢悬链线立管模型,通过分析得到不同工况下立管的位移和应力曲线。最后基于Palmgren-Miner线性累积损伤准则并结合S-N曲线,计算得出了平台涡激运动所引起的钢悬链线立管的疲劳损伤寿命。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U661

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【参考文献】
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