考慮順流向耦合作用的低質(zhì)量比圓柱渦激振動響應(yīng)特性研究.pdf

1、海洋立管在洋流作用下產(chǎn)生渦激振動會引起疲勞破壞，現(xiàn)有研究表明海洋立管屬于低質(zhì)量比結(jié)構(gòu)，在研究其振動響應(yīng)時必須考慮順流向的影響。在不同洋流形式作用下以及長徑比的增加，海洋立管的相應(yīng)會出現(xiàn)行波效應(yīng)，傳統(tǒng)的頻域預(yù)報模型無法準確地進行疲勞預(yù)報。因此，在時域內(nèi)對順流向振動耦合作用下的低質(zhì)量比圓柱渦激振動響應(yīng)特性的研究，對于準確地預(yù)報海洋立管運動響應(yīng)和疲勞損傷具有重大意義。
　　本文基于順流向耦合作用下的圓柱渦激振動耦合振子模型，對低質(zhì)量比剛

2、性圓柱體的參數(shù)和大長徑比柔性圓柱體的響應(yīng)特性進行分析。主要研究工作和結(jié)論如下：
　?。?）長柔立管渦激振動存在行波特性，時域預(yù)報模型在計算長柔立管時具有優(yōu)勢，本文結(jié)合順流向振動，基于離散點渦法通過分析尾渦振子得到流體力，并將耦合振子模型擴展至雙自由度，得到考慮順流向耦合作用下的圓柱渦激振動耦合振子模型。
　　（2）采用攝動法對耦合模型進行求解，得到隨約化速度變化的雙向無量綱振幅和相位變化。頻率鎖定在約化速度4~8范圍內(nèi)，在頻

3、鎖范圍內(nèi)順流向和橫向的振動相位發(fā)生急劇增加，振動相位角在頻鎖范圍內(nèi)存在先減小再增加的變化，始終小于180°。
　　（3）針對剛性圓柱體渦激振動的約化速度、質(zhì)量比和結(jié)構(gòu)阻尼比等參數(shù)進行了討論分析。結(jié)果表明，質(zhì)量比增加引起雙向振幅峰值減小，阻尼比增加引起振幅峰值減小；峰值出現(xiàn)在約化速度6.4處；改變運動軌跡形狀的主要因素是約化速度。綜合考慮流速、質(zhì)量比和阻尼比對順流向的影響，發(fā)現(xiàn)在低阻尼比低流速下順流向占主導(dǎo)地位，而頻鎖范圍內(nèi)橫向占主

4、導(dǎo)地位；在高阻尼比下橫向振幅占主導(dǎo)地位。
　?。?）提出一種預(yù)報長柔立管的三維計算模型，對均勻流、剪切流和階梯流等三種流動形式進行計算分析。結(jié)果表明，順流向振動模態(tài)階數(shù)為橫向的2倍；順流向振動頻率是橫向的2倍；均勻流的振動主頻率最高，剪切流的振動主頻率最低；立管的橫向振動頻率沿著軸向沒有變化，順流向振動頻率出現(xiàn)2倍和3倍的高階振動頻率；均勻流的振動頻率隨時間變化較穩(wěn)定，而階梯流和剪切流隨著時間會發(fā)生頻率的波動。
　?。?）計