發(fā)布時間：2018-07-28 06:51

【摘要】：中淺海域海洋環(huán)境復雜多變,海洋立管承受風、浪、流的作用,呈現(xiàn)非線性的流固耦合作用。本文利用Fluent軟件,通過邊界造波法、阻尼消波法和VOF追蹤自由表面技術建立風、浪、流多場耦合數(shù)值水槽,并在數(shù)值水槽中進行海洋立管雙向流固耦合數(shù)值模擬。主要的研究工作如下：(1)本文構建波浪、波-流耦合、風-浪-流耦合數(shù)值環(huán)境,通過數(shù)值模擬得到壓力分布、速度云圖、瞬時波浪相云圖及波高監(jiān)測曲線等,與理論計算進行對比驗證數(shù)值水槽的可靠性。(2)由波浪作用下立管的流固耦合數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn),當立管僅受波浪作用時,在流向上隨波浪進行周期性振動,橫向振動主要表現(xiàn)為二階諧力的影響,且隨相對水深的增加二階諧力的影響減弱,并且會在海洋立管周圍形成上大下小的漩渦。(3)由波-流耦合作用下立管的流固耦合數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn),立管的流向振動頻率為波頻,隨著相對流速的增加橫向振動出現(xiàn)多頻現(xiàn)象,橫向振動的主頻率從2倍波頻逐漸變?yōu)椴l,次頻變?yōu)?倍波頻,且出現(xiàn)的三階次頻,橫向振動平衡位置隨相對流速增加線性減小,更大的相對流速會使漩渦更早的泄放。(4)由風-浪-流耦合作用下立管的流固耦合數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn),立管在風-浪-流耦合作用時與波-流耦合作用下振動響應大致相同,風場的變化對海洋立管振動影響較小。(5)本文數(shù)值模擬得到的立管流向振幅量級為10-3m,橫向振幅量級在10-5m到10-4m之間,這可能由于模擬選取的立管剛度較大、長徑比較小以及立管所處的約化速度較小等原因共同造成,今后可開展大長徑比、柔性管的振動響應模擬,以便于更好的剖析各場貢獻度。
[Abstract]:The marine environment of medium and shallow sea area is complex and changeable, and the riser is subjected to the action of wind, wave and current, showing nonlinear fluid-solid coupling effect. In this paper, the coupled numerical flume of wind, wave and flow is established by using the Fluent software, the boundary wave-making method, the damped wave dissipation method and the VOF tracing free surface technique, and the numerical simulation of the two-way fluid-solid coupling of the riser in the numerical tank is carried out. The main research works are as follows: (1) the numerical environment of wave, wave-current coupling, wind-wave-current coupling is constructed. The pressure distribution, velocity cloud diagram, instantaneous wave phase cloud diagram and wave height monitoring curve are obtained by numerical simulation. Compared with the theoretical calculation, the reliability of the numerical flume is verified. (2) the numerical simulation of fluid-solid coupling of risers under the action of waves shows that when the risers are only subjected to wave action, the vertical risers vibrate periodically with the waves in the upward direction. The transverse vibration is mainly affected by the second harmonic force, and the influence of the second harmonic force decreases with the increase of the relative water depth. And it will form a whirlpool around the riser. (3) numerical simulation of fluid-structure coupling of riser under wave-current coupling shows that the flow direction vibration frequency of riser is wave-frequency. With the increase of relative velocity, the transverse vibration appears multi-frequency phenomenon, the main frequency of transverse vibration changes from 2 times to wave frequency, the secondary frequency becomes 2 times, and the third order frequency appears. The equilibrium position of transverse vibration decreases linearly with the increase of relative velocity. (4) the numerical simulation of fluid-solid coupling of risers under wind-wave-current coupling shows that the larger relative velocity will make the vortex release earlier. The vibration response of riser subjected to wind-wave-current coupling is approximately the same as that of wave-current coupling. The variation of wind field has little effect on the vibration of the riser. (5) the magnitude of the vertical tube flow direction amplitude is 10-3 m and the transverse amplitude is 10-5 m to 10-4 m, which may be due to the large stiffness of the riser selected by the simulation. Because of the small length ratio and the small reducing speed of the riser, the large aspect ratio and the vibration response simulation of the flexible tube can be carried out in the future in order to analyze the contribution of each field better.
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P756.2

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 俞明,黃榕清;由機體結構設計減小表面振動響應[J];內(nèi)燃機學報;1997年03期

2 王愛勤;圓錐(柱)體在復雜載荷作用下振動響應的計算[J];西安公路交通大學學報;1998年03期

3 李舜酩;廖慶斌;尚偉燕;;隨機質(zhì)量板的振動響應及其統(tǒng)計分析[J];振動工程學報;2009年01期

4 李軍強,劉宏昭,何欽象,方同;車-橋系統(tǒng)耦合振動響應的簡便計算[J];應用力學學報;2004年02期

5 向俊,馬長水,曾慶元;列車編組對橋梁振動響應影響的試驗研究[J];實驗力學;2002年04期

6 陳夢成,湯任基;一種裂紋梁振動響應分析的近似方法[J];應用數(shù)學和力學;1997年03期

7 王宇;翟敬宇;李暉;羅忠;;模態(tài)數(shù)量對薄壁短圓柱殼振動響應分析的影響[J];噪聲與振動控制;2014年02期

8 和興鎖,趙淵;轉子-非線性支承系統(tǒng)振動響應的優(yōu)化計算[J];計算力學學報;1997年01期

9 艾延廷,Li Xu,聞邦椿;點力和線力作用下的結構振動響應研究[J];振動與沖擊;2004年04期

10 顏鋒;張高明;潘寵平;湯榮偉;;某石化公司聚合物框架振動實測與計算[J];桂林理工大學學報;2012年03期

相關會議論文 前10條

1 李盈忠;韓宜保;彭紹平;劉洪濤;蕭艷華;;人體與假人振動響應的對比研究[A];第四屆全國人—機—環(huán)境系統(tǒng)工程學術會議論文集[C];1999年

2 王文潔;呂中榮;劉濟科;;變截面梁橋在移動力下的動響應計算[A];第19屆全國結構工程學術會議論文集（第Ⅱ冊）[C];2010年

3 盧軍;李朋洲;孫磊;;附加阻振質(zhì)量的有限平板振動響應與傳遞問題研究[A];第十七屆全國反應堆結構力學會議論文集[C];2012年

4 陳浩;凌愛民;孫東紅;;直升機振動響應分析方法的改進探討[A];2013年中國航空學會結構強度專業(yè)學術交流會論文集[C];2013年

5 肖世富;陳濱;杜強;馮加權;陳大林;;寬帶隨機激勵下非線性連接結構振動響應分析[A];第十三屆全國結構工程學術會議論文集（第Ⅰ冊）[C];2004年

6 王小松;葛耀君;;風荷載作用下線路和橋梁上運行車輛的振動響應差異研究[A];第十三屆全國結構風工程學術會議論文集（中冊）[C];2007年

7 張婧;張斌;劉應華;;軌道交通地面線引起自由場振動的數(shù)值分析[A];2012全國環(huán)境聲學學術會議論文集[C];2012年

8 葉艇;彭怡欣;王玲;陳雋;陳博;;拓展步行荷載時程振動響應對比研究[A];第十屆全國振動理論及應用學術會議論文集（2011）上冊[C];2011年

9 張益萍;王敏慶;;板殼圓弧彈性連接下振動傳遞特性分析[A];第十三屆船舶水下噪聲學術討論會論文集[C];2011年

10 李亞敏;曹宏瑞;;機床主軸軸承損傷的振動機理研究[A];第11屆全國轉子動力學學術討論會（ROTDYN2014）論文集（上冊）[C];2014年

相關博士學位論文 前6條

1 操禮林;高鐵候車廳大跨樓蓋人致振動響應分析與減振控制研究[D];東南大學;2016年

2 王少欽;風及列車荷載作用下大跨度橋梁振動響應研究[D];北京交通大學;2012年

3 趙甲薦;膠輪軌道列車—橋梁系統(tǒng)空間振動響應研究[D];華南理工大學;2011年

4 廖慶斌;車輛的結構—聲耦合振動分析及其控制研究[D];南京航空航天大學;2008年

5 賈玲玲;橋墩冰激振動響應分析及復合反演研究[D];大連理工大學;2009年

6 潘寧;人行荷載下樓板振動響應舒適度研究[D];中國建筑科學研究院;2012年

相關碩士學位論文 前10條

1 王玉潔;基于泄流振動響應的結構振動反分析與安全評價研究[D];南昌大學;2015年

2 魏結強;單人行走荷載模擬及大跨樓蓋振動響應與控制研究[D];東南大學;2015年

3 黃業(yè)銘;地鐵上蓋結構的振動響應研究[D];華南理工大學;2016年

4 周晨;隨機人群荷載下大跨樓蓋振動響應分析[D];東南大學;2016年

5 楊杰;支撐式?jīng)_擊破巖掘進機振動響應的研究[D];遼寧工程技術大學;2014年

6 劉藏澤;井下移動式破碎機的振動分析與參數(shù)優(yōu)化[D];遼寧工程技術大學;2013年

7 朱萍;跳躍荷載作用下的大跨樓蓋振動響應與控制研究[D];東南大學;2016年

8 趙洪南;風浪流多場耦合作用下海洋立管振動響應研究[D];西南石油大學;2016年

9 徐鍇;薄壁圓柱殼振動響應分析方法的對比研究[D];東北大學;2013年

10 孫獻倫;道路交通荷載激勵下可園邀山閣振動響應研究[D];華南理工大學;2015年

，

本文編號：2149260