【摘要】：海洋立管在洋流作用下產(chǎn)生渦激振動會引起疲勞破壞,現(xiàn)有研究表明海洋立管屬于低質(zhì)量比結(jié)構(gòu),在研究其振動響應(yīng)時必須考慮順流向的影響。在不同洋流形式作用下以及長徑比的增加,海洋立管的相應(yīng)會出現(xiàn)行波效應(yīng),傳統(tǒng)的頻域預(yù)報模型無法準(zhǔn)確地進行疲勞預(yù)報。因此,在時域內(nèi)對順流向振動耦合作用下的低質(zhì)量比圓柱渦激振動響應(yīng)特性的研究,對于準(zhǔn)確地預(yù)報海洋立管運動響應(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耦合振子模型,對低質(zhì)量比剛性圓柱體的參數(shù)和大長徑比柔性圓柱體的響應(yīng)特性進行分析。主要研究工作和結(jié)論如下:(1)長柔立管渦激振動存在行波特性,時域預(yù)報模型在計算長柔立管時具有優(yōu)勢,本文結(jié)合順流向振動,基于離散點渦法通過分析尾渦振子得到流體力,并將耦合振子模型擴展至雙自由度,得到考慮順流向耦合作用下的圓柱渦激振動耦合振子模型。(2)采用攝動法對耦合模型進行求解,得到隨約化速度變化的雙向無量綱振幅和相位變化。頻率鎖定在約化速度4~8范圍內(nèi),在頻鎖范圍內(nèi)順流向和橫向的振動相位發(fā)生急劇增加,振動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°。(3)針對剛性圓柱體渦激振動的約化速度、質(zhì)量比和結(jié)構(gòu)阻尼比等參數(shù)進行了討論分析。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小;峰值出現(xiàn)在約化速度6.4處;改變運動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)橫向占主導(dǎo)地位;在高阻尼比下橫向振幅占主導(dǎo)地位。(4)提出一種預(yù)報長柔立管的三維計算模型,對均勻流、剪切流和階梯流等三種流動形式進行計算分析。結(jié)果表明,順流向振動模態(tài)階數(shù)為橫向的2倍;順流向振動頻率是橫向的2倍;均勻流的振動主頻率最高,剪切流的振動主頻率最低;立管的橫向振動頻率沿著軸向沒有變化,順流向振動頻率出現(xiàn)2倍和3倍的高階振動頻率;均勻流的振動頻率隨時間變化較穩(wěn)定,而階梯流和剪切流隨著時間會發(fā)生頻率的波動。(5)計算均勻流、剪切流、階梯流和半階梯流等四種流動形式在不同流速下的運動響應(yīng),通過判別CC模式和C模式的運動軌跡,對行波和駐波以及能量輸入?yún)^(qū)域進行了分析。行波效應(yīng)主要發(fā)生順流向運動方向,在四種流動形式下均存在行波效應(yīng)。高流速時,能量輸入?yún)^(qū)域為流速更大的區(qū)域,低流速時,為具有CC模式運動軌跡的區(qū)域。行波效應(yīng)從能量輸入?yún)^(qū)域向能量輸出區(qū)域傳遞,高流速下邊界為駐波主導(dǎo),行波從邊界向其他區(qū)域傳遞;能量輸入?yún)^(qū)域存在立管中間時,行波從中間向邊界傳遞。
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P756.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2535938