考平面旋轉(zhuǎn)和順流向振動的海洋立管渦激振動數(shù)值模擬.pdf

1、在眾多大型巨資打造的工程由于渦激振動致毀后，工業(yè)界和學術(shù)界開始致力于渦激振動機理的研究，渦激振動問題一時間成了學術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點。在很多工程領(lǐng)域當中，我們都可以發(fā)現(xiàn)渦激振動的蹤影。如橋梁、發(fā)動機、大廈、電線、海洋立管、海底輸油管線等。
　　 渦激振動的研究歷史至今已有數(shù)十年之久，雖累積了眾多有價值的研究成果，但學術(shù)界仍未對渦激振動的機理有全面透徹的解釋。其原因為渦激振動是一個具有多自由度的涉及流體和結(jié)構(gòu)高度耦合的強烈非線性

2、的振動現(xiàn)象。
　　 本文作為國家自然科學基金項目“考慮順流向振動和尾流三維效應的海洋立管渦激振動機理研究”(項目編號50809047)的組成部分，旨在全面分析順流向振動以及平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)對圓柱渦激振動響應的影響。
　　 本文應用有限元軟件ADINA對低雷諾數(shù)下考慮平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)和順流向振動二維圓柱的渦激振動進行了數(shù)值模擬。再現(xiàn)了隨著折合速度的增加，圓柱振動從非鎖定狀態(tài)，到鎖定狀態(tài)(圓柱與由尾渦脫落引起的流體力共振，圓柱振幅增大)

3、，再脫離鎖定狀態(tài)的過程。對比研究了順流向振動和平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)對圓柱渦激振動的影響。研究發(fā)現(xiàn)：考慮順流向振動時，橫流向無量綱振幅略有增加，這與傳統(tǒng)的觀點相同。然而同時考慮平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)和順流向振動時，橫流向無量綱振幅顯著增加。例如，當質(zhì)量比為2時，僅考慮橫流向振動的最大渦激振動幅度為圓柱直徑的0.58倍，而在同時考慮橫流向振動、順流向振動以及平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，圓柱渦激振動的橫流向最大振幅可達1.23倍圓柱直徑，此現(xiàn)象在以往的研究中皆未見報道。同時發(fā)現(xiàn)