收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

双自由度涡激振动的涡强尾流振子模型研究

秦伟  
【摘要】:涡激振动是导致深水立管疲劳损伤的一个重要因素,关于圆柱状结构体涡激振动机理的研究正逐步趋于完善。现阶段提出的大量涡激振动预报模型主要针对圆柱体的单自由度横向振动,而结构在顺流向上的振动往往被限制或者忽略。最近的研究表明,对于海洋立管这种低质量比结构,涡激振动导致顺流向的疲劳损伤与横向上的疲劳损伤在同一量级。因此,正确地认识和描述顺流向和横向的双向涡激振动特性,全面地预报和评估立管结构的综合疲劳寿命,对保证海洋工程结构物的经济效益和服役期的安全运行有着重要的意义。 本文针对结构的双向涡激振动问题开展了一系列研究,建立了一种具有工程实际意义的半经验模型来预报刚性圆柱体和细长柔性立管的顺流向和横向涡激振动响应。论文的主要内容和成果包括: (1)系统地归纳和评述了圆柱体双向涡激振动的研究现状和成果,阐释了涡激振动相关的若干物理概念和基本物理参数,总结了现有的涡激振动半经验性模型。 (2)基于二维离散点涡方法推导出流体对刚性圆柱体在顺流向和横向的脉动水动力,重新定义了传统尾流振子控制变量的含义,采用范德波尔方程描述近壁点涡的非线性特征,进而建立了一种能够预报双自由度涡激振动响应的涡强尾流振子模型,并给出了模型中经验参数的确定方法。利用本文模型预报了刚性圆柱体的双向涡激振动响应,得到的横向锁定、顺流向初始响应峰值、运动相位角以及“8”字形运动轨迹等的变化规律与实验结果吻合,同时讨论了质量比和阻尼比对结构顺流向和横向振幅响应的影响。 (3)针对水平放置的外径5cm,长120cm的刚性圆柱体开展了顺流向和横向在不同频率比条件下的双自由度涡激振动模型试验。试验中发现频率比可能对结构的涡激振动特性产生显著影响。当频率比在1.0附近时,圆柱的涡激振动特性与等频率比双自由度圆柱的结果没有明显不同,但随着频率比的增加顺流向和横向振幅以及两者之间的相位差发生了显著改变。利用涡强尾流振子模型预报了不同频率比的圆柱体涡激振动响应,分析了频率比和质量比对响应振幅和运动轨迹的影响。 (4)使用切片法建立了可以预报细长弹性体双向涡激振动的三维时域半经验模型。将该模型应用到研究在阶梯状来流作用下的顶部张紧式立管的涡激振动响应,结果显示顺流向振幅峰值小于横向振幅峰值,但是顺流向激活模态的阶数大约为横向振动的2倍。两个方向上的振动中均存在驻波和行波,当顺流向振动的模态较高时,处于静水中的立管上半段表现为驻波振动状态,截面的运动轨迹沿管变化较大,而处于均匀流的作用下的立管下半段将以行波振动为主,截面的运动轨迹更趋于均匀,模型预报的振动特性与实验结果吻合。 (5)利用三维涡强尾流振子模型分析了深水钢悬链立管的双向涡激振动响应。在自由剪切流的作用下,立管各节点的运动轨迹可能不会形成稳定的“8”字形,响应振幅和相位角随时间改变。顺流向的振动模态显著高于横向的振动模态,除靠近触地点立管段处于驻波振动,立管大部分中间段的行波效应明显。由于顺流向具有高频高模态的振动特性,该方向的涡激振动疲劳损伤与横向疲劳损伤在同一量级,且沿管的分布不同,因此考虑顺流向的影响将益于全面地评估立管的涡激振动疲劳损伤。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张永波;郭海燕;孟凡顺;李效民;;多用途输液立管涡激振动实验研究与疲劳分析[J];实验力学;2011年03期
2 王法利;董晓林;邢春雷;左达晟;朱丙波;肖吉哲;;考虑内流的海洋立管动力特性和动力响应的实验研究[J];海洋湖沼通报;2007年S1期
3 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
4 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
5 王一飞;潘志远;黄小平;崔维成;;深海立管涡激振动疲劳损伤影响因素分析[J];船舶力学;2006年05期
6 王一飞;吴晓源;潘志远;黄小平;崔维成;;弹性模量对深海立管涡激振动疲劳损伤的影响(英文)[J];船舶力学;2007年06期
7 陈伟;宗智;;立管涡激振动的离散涡数值模拟[J];中国海洋平台;2010年01期
8 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
9 白长旭;黄一;刘刚;;波流耦合作用下的立管涡激振动分析研究[J];中国海洋平台;2008年02期
10 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
11 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
12 任铁;付世晓;李润培;杨建民;;基于模型试验的实尺度立管涡激振动响应预报方法研究[J];船舶力学;2011年04期
13 赵鹏良;王嘉松;蒋世全;许亮斌;;海洋立管涡激振动的流固耦合模拟计算[J];海洋技术;2010年03期
14 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
15 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
16 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
17 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
18 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
19 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
20 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
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 林黎明;宋芳;曾晓辉;;应用新的尾流振子模型研究大长径比下立管的涡激振动[A];北京力学会第十六届学术年会论文集[C];2010年
2 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
3 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
4 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
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 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
7 王懿;段梦兰;曹静;;深水钢质悬链线立管涡激振动疲劳寿命分析[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
8 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
9 吴应湘;徐万海;钟兴福;潘晓东;张艳芳;杨琥;;海洋立管的涡激振动模型预测方法[A];2010年度海洋工程学术会议论文集[C];2010年
10 李小超;王永学;李广伟;;海底管线涡激振动实验方法探讨[A];2009年度海洋工程学术会议论文集(上册)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 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
4 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
5 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
6 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
7 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
8 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
9 王一飞;深海立管涡激振动疲劳损伤预报方法研究[D];上海交通大学;2008年
10 唐世振;考虑顺流向振动的深水顶张力立管涡激振动分析[D];中国海洋大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王微微;考虑平面旋转和顺流向振动的海洋立管涡激振动数值模拟[D];天津大学;2012年
2 胡克;基于涡激振动实验的渔场浮体水动力数值模拟[D];大连理工大学;2010年
3 顾恩凯;考虑流固耦合的大位移柔性立管涡激振动研究[D];中国海洋大学;2012年
4 秦伟;涡激振动的非线性振子模型研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
5 孙飞;涡激振动潮流能转换装置获能原理研究[D];中国海洋大学;2013年
6 张友林;海洋立管涡激振动抑制方法研究[D];江苏科技大学;2011年
7 曲雪;深海顶张式立管涡激振动响应预报及其疲劳损伤影响因素研究[D];上海交通大学;2013年
8 樊娟娟;顶张力立管流固耦合的涡激振动数值模拟[D];天津大学;2012年
9 王媛;海洋立管涡激振动抑振装置的CFX数值模拟研究[D];中国海洋大学;2013年
10 董婧;挠性立管涡激振动的离散涡方法研究[D];大连理工大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 贾天清;气象“锁定”琼州海峡[N];中国气象报;2003年
2 ;深入了解自行车[N];中国质量报;2002年
3 徐俊丽;自行车安全舒适最重要 大型企业质量好[N];中国质量报;2002年
4 孙海英;自行车价低质量也低[N];中国质量报;2002年
5 陈贺;哈尔滨供热即将市场化[N];中华建筑报;2002年
6 鄂兰;进军西部闯市场[N];中国水利报;2001年
7 郭文龄 潘占主;为国企改革建言献策[N];人民政协报;2000年
8 ;欧洲欲建泛欧电信管制体系[N];人民邮电;2001年
9 赵立勤;企业领导必须念好“管理经”[N];山西经济日报;2000年
10 本报记者 镡立勇;市场升温快 商机看得见[N];河北经济日报;2002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