考慮順流向振動的深水頂張力立管渦激振動分析.pdf

1、渦激振動是造成深水立管疲勞損傷的一個重要因素,關于渦激振動的研究逐步完善。但是,前期渦激振動的研究主要針對立管橫向振動,結構在順流向的振動往往被限制,很少有研究對立管的兩向自由度振動進行研究,這主要是因為前期的研究認為順流向振動的幅值相對較小,可以不考慮。
　　 但是近期發(fā)現(xiàn)順流向振動影響到漩渦的脫落模式以及橫向振動的響應幅值。但是迄今為止,國內外研究者并沒有對兩向渦激振動進行系統(tǒng)研究。
　　 本文的研究目的就是通過數(shù)值

2、方法研究頂張力立管兩向渦激振動動力特性及疲勞損傷,并開發(fā)用于頂張力立管動力分析及疲勞分析的軟件。
　　 研究內容主要包括:提出了考慮橫向流固耦合的橫向升力及順流向脈動拖曳力的修正模型,考慮了附加質量和附加阻尼的影響;并對其模型進行了驗證;研究質量比m*和頻率比(f*=順流向振動頻率/橫向振動頻率)對立管動力特性及疲勞損傷的影響;通過MATLAB編程開發(fā)立管動力分析及疲勞分析系統(tǒng),提出非等效管模型。
　　 研究認為:當質量

3、比m*＞6.0時,順流向振動相對于橫向振動來說可以忽略不計,并且順流向振動頻率與橫向振動頻率之間維持2倍的關系,結果同現(xiàn)有的實驗結果符合;當質量比m*＜6.0時,順流向振動幅值明顯增大,尤其是順流向振動處于鎖頻狀態(tài)時。并且,兩者頻率成分中不僅具有2倍的關系,同時還存在著部分相同頻率。頻率比不同時,在較寬的低約化速度帶順流向對橫向振動起到一定的抑制作用;在6.3＜Ur＜8.0時,順流向振動的考慮使得橫向振動幅值具有一個小的增幅。但是,不同

4、頻率比時,橫向振動的考慮都使得順流向振動幅值具有較大的增幅。低質量比時,當橫向振動響應幅值處于“初始支”時,順流向振動產生的疲勞等同于橫向振動的疲勞,不可忽略;在“超上支”時,順流向振動疲勞在較寬的約化速度范圍對立管的疲勞損傷并不起主要的作用。但是,兩向自由度時橫向振動產生的疲勞相對于單自由度時的橫向疲勞在6.5≤Ur≤8.5時增加一倍,可見考慮順流向振動時,立管的疲勞損傷增幅較大。在“下支”時,順流向振動對橫向振動疲勞的影響不明顯。當

5、頻率比為1.0時,順流向振動在5.0≤Ur≤8.0時影響橫向振動疲勞。在頻率比為2.0時,順流向振動對橫向振動疲勞影響不是很明顯,略有增大;在兩種頻率情況下,橫向振動的考慮都將增大順流向振動疲勞。開發(fā)的立管動力分析及疲勞分析系統(tǒng)可以有效地預測立管的動力特性和疲勞損傷。由非等效管模型計算得到的外套管和內套管的強度更加符合工程實際。
　　 頂張力立管的兩向渦激振動是國內外都比較新的研究課題,本文的研究得到了一些結論,可以用于工程實際