一般邊界條件下海底懸跨管道渦激振動(dòng)特性研究.pdf

1、海底管道是海底油氣資源輸送系統(tǒng)的生命線，由于不平坦的海底地勢(shì)和海底洋流的沖刷掏空作用，海底管道容易出現(xiàn)懸跨段。在外界來(lái)流的作用下，海底懸跨管道容易發(fā)生渦激振動(dòng)，造成管道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的疲勞破壞，進(jìn)而引發(fā)重大的環(huán)境污染和巨額的經(jīng)濟(jì)損失。
　　本文基于Euler-Bernoulli梁理論，根據(jù)一般邊界約束條件和結(jié)構(gòu)連續(xù)條件，構(gòu)建海底單跨管道和多跨管道的結(jié)構(gòu)振動(dòng)方程;利用經(jīng)典的van der Pol方程尾流振子模型描述尾跡流場(chǎng)中的流固耦合

2、作用，并依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)尾流振子模型中的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定;基于模態(tài)的正交性，對(duì)懸跨管道渦激振動(dòng)的控制方程進(jìn)行解耦;采用Runge-Kutta法對(duì)解耦后的微分方程組進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得到海底懸跨管道渦激振動(dòng)的時(shí)域響應(yīng)，經(jīng)過(guò)快速傅里葉變換得到頻域響應(yīng);將本理論模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果、DNV規(guī)范和VIVANA軟件計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果比較理想;基于本理論模型，分別分析了外界來(lái)流速度、管內(nèi)流體速度、管內(nèi)流體壓強(qiáng)、懸跨長(zhǎng)度、軸向力、邊界約束條件和中

3、間約束條件對(duì)海底單跨管道和多跨管道渦激振動(dòng)特性的影響，得出以下結(jié)論:
　　(1)隨著外界來(lái)流速度的不斷增大，海底懸跨管道的渦激振動(dòng)響應(yīng)逐步由高階模態(tài)主導(dǎo)，渦激振動(dòng)響應(yīng)頻率也逐漸增大;
　　(2)管內(nèi)流體流速對(duì)海底懸跨管道渦激振動(dòng)的影響較小，而管內(nèi)流體壓強(qiáng)越大、懸跨長(zhǎng)度越長(zhǎng)、軸向力越小，海底懸跨管道越容易發(fā)生渦激振動(dòng)，高階模態(tài)越容易被激發(fā)，渦激振動(dòng)的響應(yīng)頻率越小;
　　(3)端部約束條件或者中間約束條件越強(qiáng)烈，海底懸跨管