收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

多根控制杆对细长柔性立管涡激振动抑制作用的实验及数值研究

吴浩  
【摘要】:涡激振动是导致深海立管发生结构失稳以及疲劳破坏的重要原因之一,实际工程中为减小或者消除涡激振动的影响,增加深海立管的安全使用寿命,往往需要使用涡激振动抑制措施。我国涡激振动抑制措施的研究工作与国外相比还存在很大差距,尤其是针对大长细比柔性立管方面的研究仍非常有限。深海油气开发工程的快速发展,迫切需要开展细长柔性立管涡激振动抑制措施的创新性研究工作。 本文依托国家863计划项目,提出了一种新型的多根控制杆涡激振动抑制措施,通过水池大尺度实验和数值模拟相结合的方法,以细长柔性立管作为主要研究对象,对多根控制杆抑制措施的抑制效果、抑制性能的影响因素和抑制机理进行了比较系统的研究,并就多根圆柱体涡激振动问题进行了一些基础理论研究探索。 文中首先简要介绍了涡激振动的基本理论,主要包括圆柱体涡激振动基本概念,研究中涉及的主要无量纲参数,以及涡激振动的研究方法。 第三章开展了水池大尺度实验,利用拖曳方法产生均匀流,综合考虑来流方向、间距和覆盖率对抑制性能和张力的影响,比较系统地研究了多根控制杆抑制措施对大长细比柔性立管涡激振动的抑制效果。实验结果表明多根控制杆对立管涡激振动响应有非常显著的抑制作用,能够同时消减立管CF和IL两个方向最高达90%的位移响应,使疲劳破坏减小2个数量级以上,并且由多根控制杆造成的张力增加不明显。抑制性能对来流方向具有较强的适应性,间距越小、覆盖率越高则抑制效果越好,文中给出了建议优化的间距和覆盖率。 第四章利用二维数值模拟方法研究了多根圆柱体横向受迫振动问题。首先通过计算单根圆柱体固定绕流和横向受迫振动对数值模型进行了验证,然后利用该模型对多根圆柱体固定绕流和横向受迫振动进行了数值模拟。发现当结构振动频率接近于固定不动时的涡脱落频率时,流体-结构能量传递关系、结构位移和升力的相位关系以及涡脱落模式会都会发生显著的改变,从而造成了升力振幅和振荡模态的突变。通过分析单圆柱和不同来流角下多圆柱的涡脱落模式和流体压力分布,揭示了多根控制杆抑制措施对立管涡激振动的抑制机理。 第五章基于切片法建立了准三维流固耦合数值模型,通过引入并行计算技术,显著提高了数值计算效率,实现了对大长细比柔性立管涡激振动问题的求解。选取长细比为1750的柔性立管实验模型和长细比为3691的工程实际深海立管作为研究对象,利用该模型分别对单根立管附加多根控制杆和串列双立管的横向涡激振动进行了数值模拟。数值计算结果表明附加多根控制杆以后立管的横向位移振幅显著减小,位移和流体力的振荡特性以及涡脱落模式都发生了显著变化。串列双立管上游立管的涡激振动响应特性与单根立管很相似,振动处于周期稳定的锁定状态。由于尾流干涉作用,下游立管的涡激振动响应特性与上游立管大不相同,其横向位移最大值明显比上游立管大,而位移标准差最大值却比上游立管小,整个立管上的涡激振动具有很强的随机性,处于非锁定的不稳定状态,涡脱落形态极不规则。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张建侨;宋吉宁;吕林;滕斌;;质量比对柔性立管涡激振动影响实验研究[J];海洋工程;2009年04期
2 刘晓春;郭海燕;张永波;张文冬;;月牙肋抑振装置对柔性立管涡激振动抑振作用的试验研究[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2011年04期
3 王安姣,陈加菁;柔性立管的非线性动力分析[J];海洋工程;1991年03期
4 张永波;郭海燕;孟凡顺;刘晓春;;基于小波变换的顶张力立管涡激振动规律实验研究[J];振动与冲击;2011年02期
5 张建侨;宋吉宁;吕林;滕斌;;柔性立管涡激振动实验的数据分析[J];中国海洋平台;2009年04期
6 宋吉宁;吕林;张建侨;吴浩;唐国强;李广伟;滕斌;赵瑞华;;三根附属控制杆对海洋立管涡激振动抑制作用实验研究[J];海洋工程;2009年03期
7 吴浩;孙大鹏;;深海立管涡激振动被动抑制措施的研究[J];中国海洋平台;2009年04期
8 陈伟民;张立武;李敏;;采用改进尾流振子模型的柔性海洋立管的涡激振动响应分析[J];工程力学;2010年05期
9 李立,廖锦翔;涡激振动问题的有限元计算研究[J];工程力学;2003年05期
10 潘志远;崔维成;张效慈;;细长海洋结构物涡激振动研究综述(英文)[J];船舶力学;2005年06期
11 王海青;郭海燕;刘晓春;张永波;孟凡顺;;海洋立管涡激振动抑振方法试验研究[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2009年S1期
12 方平治;杜明侠;顾明;;两自由度椭圆柱体涡激振动的数值模拟[J];振动与冲击;2009年01期
13 方平治;顾明;谈建国;;典型2维柱体涡激振动的数值模拟研究[J];同济大学学报(自然科学版);2009年07期
14 姚熊亮,陈起富,徐文景,李维扬;并列弹性双圆柱在均匀流场中的流体激励力的研究[J];力学学报;1994年01期
15 潘志远;崔维成;缪泉明;;细长海洋立管涡激振动预报模型(英文)[J];船舶力学;2006年03期
16 任大朋;黄一;刘刚;;一种基于ANSYS和FLUENT的海洋立管的涡激响应分析方法[J];中国海洋平台;2007年04期
17 林海花;王言英;;浪流共同作用下隔水管涡激动力响应分析[J];哈尔滨工程大学学报;2008年02期
18 秦延龙;王世澎;;海洋立管涡激振动计算方法进展[J];中国海洋平台;2008年04期
19 董婧;宗智;陈伟;李章锐;孙雷;;二维圆柱绕流的离散涡法计算[J];中国海洋平台;2011年01期
20 徐万海;杜杰;余建星;;非均匀流中立管涡激振动模型预测分析[J];海洋技术;2011年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周佳;孙丽萍;周立师;;无粘结柔性立管迟滞弯曲的本构模型[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
2 陈金龙;郭宏;屈衍;刘小艳;阎军;岳前进;汤明刚;;BTM系泊的FPSO水下管缆系统动态分析[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
3 李彤;李鹏;张鸿凯;肖蕴;朱鹏;兰庆世;李岩;;柔性立管防弯器的设计[A];2010年度海洋工程学术会议论文集[C];2010年
4 李鹏;李彤;张鸿凯;刘振国;朱鹏;兰庆世;;深水FPSO柔性立管[A];2010年度海洋工程学术会议论文集[C];2010年
5 吴维武;王艳霞;缪泉明;黄苗苗;;圆柱体横向涡激振动试验与测试技术研究[A];第二十三届全国水动力学研讨会暨第十届全国水动力学学术会议文集[C];2011年
6 黄维平;孙铭远;;圆柱管束涡激振动实验分析研究[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
7 陈伟民;时忠民;;海洋平台的涡激振动研究及其分析方法[A];2003年度海洋工程学术会议论文集[C];2003年
8 周阳;;螺旋侧板涡激振动控制实验研究[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
9 秦太验;李杰;常天春;段梦兰;;深海立管的断裂与可靠性评估进展[A];第十二届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2004年
10 缪国平;余志兴;刘晓宙;刘应中;;二维柱体-弹簧系统的涡激振动和声辐射[A];自然、工业与流动——第六届全国流体力学学术会议论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴浩;多根控制杆对细长柔性立管涡激振动抑制作用的实验及数值研究[D];大连理工大学;2013年
2 何长江;柔性立管涡激振动试验与数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 董磊磊;非粘合柔性立管截面特性的理论计算及BSR区域的疲劳分析[D];大连理工大学;2013年
4 秦伟;双自由度涡激振动的涡强尾流振子模型研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
5 张永波;深海输液立管涡激振动预报及抑振技术研究[D];中国海洋大学;2011年
6 李小超;海底管线悬跨段涡激振动响应的实验研究与数值预报[D];大连理工大学;2011年
7 艾尚茂;管土耦合边界下海底悬跨管道涡激振动研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 宋吉宁;立管涡激振动的实验研究与离散涡法数值模拟[D];大连理工大学;2012年
9 唐国强;立管涡激振动数值模拟方法及物理模型实验[D];大连理工大学;2011年
10 吴学敏;考虑大变形的深水立管涡激振动非线性分析方法研究[D];中国海洋大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 梁勇;剪切流作用下柔性立管涡激振动响应分析[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 饶志标;柔性立管涡激振动频域响应分析[D];上海交通大学;2010年
3 李博;海洋动态柔性立管附件设计与分析[D];大连理工大学;2011年
4 陈海飞;深水柔性立管非线性静动力分析[D];中国海洋大学;2011年
5 孙耀刚;柔性立管静力分析[D];哈尔滨工程大学;2011年
6 栾林昌;非粘合柔性立管力学性能研究[D];大连理工大学;2011年
7 宋磊建;缓波形柔性立管总体响应特性研究及疲劳分析[D];上海交通大学;2013年
8 姬鸾;柔性立管静态构型分析及防弯器设计[D];大连理工大学;2013年
9 左亚东;非粘合柔性立管结构响应数值分析研究[D];大连理工大学;2013年
10 赵志甲;海洋柔性立管建模与控制设计[D];华南理工大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 曾 星;富士重工扩展召回“缺陷车”[N];中国国门时报;2005年
2 马信棣;如何解决输纱装置密封难题[N];中国纺织报;2007年
3 布拉德·德隆;美国暂停加息或许并不令人振奋[N];第一财经日报;2006年
4 夏文俊记者 曾星;湖南长丰汽车召回“问题”车[N];中国国门时报;2007年
5 晨阳;三星YEPP三款经典产品惊艳升级[N];科技日报;2006年
6 ;柯达DX6340试用手记[N];电脑报;2003年
7 曙光;如何给爱车配置音响[N];中国证券报;2005年
8 方圆;如何准备项目[N];中国计算机报;2002年
9 贾天清;气象“锁定”琼州海峡[N];中国气象报;2003年
10 夏文俊;富士扩展MY Legacy 车召回范围[N];中国质量报;2005年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978