考慮順流向耦合作用的低質(zhì)量比圓柱渦激振動(dòng)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(dòng)會(huì)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(dòng)響應(yīng)時(shí)必須考慮順流向的影響。在不同洋流形式作用下以及長(zhǎng)徑比的增加，海洋立管的相應(yīng)會(huì)出現(xiàn)行波效應(yīng)，傳統(tǒng)的頻域預(yù)報(bào)模型無(wú)法準(zhǔn)確地進(jìn)行疲勞預(yù)報(bào)。因此，在時(shí)域內(nèi)對(duì)順流向振動(dòng)耦合作用下的低質(zhì)量比圓柱渦激振動(dòng)響應(yīng)特性的研究，對(duì)于準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)海洋立管運(yùn)動(dòng)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(dòng)耦合振子模型，對(duì)低質(zhì)量比剛

2、性圓柱體的參數(shù)和大長(zhǎng)徑比柔性圓柱體的響應(yīng)特性進(jìn)行分析。主要研究工作和結(jié)論如下：
　?。?）長(zhǎng)柔立管渦激振動(dòng)存在行波特性，時(shí)域預(yù)報(bào)模型在計(jì)算長(zhǎng)柔立管時(shí)具有優(yōu)勢(shì)，本文結(jié)合順流向振動(dòng)，基于離散點(diǎn)渦法通過分析尾渦振子得到流體力，并將耦合振子模型擴(kuò)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(dòng)耦合振子模型。
　?。?）采用攝動(dòng)法對(duì)耦合模型進(jìn)行求解，得到隨約化速度變化的雙向無(wú)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(dòng)相位發(fā)生急劇增加，振動(dòng)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°。
　?。?）針對(duì)剛性圓柱體渦激振動(dòng)的約化速度、質(zhì)量比和結(jié)構(gòu)阻尼比等參數(shù)進(jìn)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??；峰值出現(xiàn)在約化速度6.4處；改變運(yùn)動(dòng)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(duì)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(bào)長(zhǎng)柔立管的三維計(jì)算模型，對(duì)均勻流、剪切流和階梯流等三種流動(dòng)形式進(jìn)行計(jì)算分析。結(jié)果表明，順流向振動(dòng)模態(tài)階數(shù)為橫向的2倍；順流向振動(dòng)頻率是橫向的2倍；均勻流的振動(dòng)主頻率最高，剪切流的振動(dòng)主頻率最低；立管的橫向振動(dòng)頻率沿著軸向沒有變化，順流向振動(dòng)頻率出現(xiàn)2倍和3倍的高階振動(dòng)頻率；均勻流的振動(dòng)頻率隨時(shí)間變化較穩(wěn)定，而階梯流和剪切流隨著時(shí)間會(huì)發(fā)生頻率的波動(dòng)。
　?。?）計(jì)