隨著深海能源的開(kāi)發(fā)和海洋工程的發(fā)展,海洋管道和立管的渦激振動(dòng)問(wèn)題受到了國(guó)內(nèi)外的關(guān)注。對(duì)渦激振動(dòng)的研究主要有三個(gè)方向,即實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬和半經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型。由于實(shí)驗(yàn)的費(fèi)用較高,數(shù)值模擬對(duì)計(jì)算機(jī)資源的需求量大、效率低都很難滿(mǎn)足工程需要,因此渦激振動(dòng)的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪艿搅藦V泛關(guān)注。 本文針對(duì)渦激振動(dòng)的半經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型,分別基于動(dòng)力學(xué)普遍方程(達(dá)朗貝爾-拉格朗日原理)和哈密頓原理建立了渦激振動(dòng)的功率方程模型和尾流振子模型。 渦激振動(dòng)的功率模型不需要任何假設(shè),只借助連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的一般性質(zhì)就可以推導(dǎo)出形式簡(jiǎn)潔的運(yùn)動(dòng)方程。但是,該模型需要結(jié)構(gòu)附近的流場(chǎng)信息,仍屬半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀１疚幕谝延械膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),根據(jù)CFD數(shù)值模擬提供的流場(chǎng)信息對(duì)自由振動(dòng)圓柱的功率方程進(jìn)行了求解,同時(shí)對(duì)其可靠性進(jìn)行了檢驗(yàn)和討論。 渦激振動(dòng)的尾流振子模型在推導(dǎo)過(guò)程中使用了哈密頓原理,其該方法適用性強(qiáng),易于拓展。尾流振子模型需要給出結(jié)構(gòu)所受流體水動(dòng)力和流體振子的非線(xiàn)性阻尼的數(shù)學(xué)表達(dá)形式。本文通過(guò)水動(dòng)力參數(shù)和點(diǎn)渦模型分別給出了兩種結(jié)構(gòu)所受流體的水動(dòng)力表達(dá)式,同時(shí)根據(jù)假設(shè)給出了流體振子阻尼的非線(xiàn)性表達(dá)式。最終,建立了一種新的尾流振子模型并進(jìn)行了數(shù)值求解,然后與其它尾流振子模型進(jìn)行了比較。在此基礎(chǔ)上,本文對(duì)尾流振子模型中流體振子方程進(jìn)行了非線(xiàn)性穩(wěn)定性分析。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類(lèi)】：P756.2
【部分圖文】：

哈爾濱l一程人學(xué)碩十學(xué)位淪文等人開(kāi)發(fā)的。sHEAR7預(yù)測(cè)橫流向的渦激振動(dòng)響應(yīng)。它可以模種約束條件。程序基于能量平衡原理預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的各階模態(tài)響應(yīng)，算結(jié)構(gòu)總的響應(yīng)。SHEAR7可以根據(jù)選取的分析模型類(lèi)型以及模的模態(tài)參數(shù)、固有頻率、模態(tài)振型以及模態(tài)曲率;還可以通過(guò)有的模態(tài)參數(shù)。SHEAR7的結(jié)果輸出包括每一節(jié)點(diǎn)處的均方根位移傷、局部曳力系數(shù)、張力以及流速口7一側(cè)。供了兩種升力系數(shù)模型:保守模型與非保守模型。保守模型對(duì)于樣的升力系數(shù)振幅曲線(xiàn);而非保守模型在不同約化速度處采用不。非保守模型基于Gopalkrishna的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。阻尼模型包括高流速區(qū)阻尼與低流速區(qū)阻尼兩種形式。高流速區(qū)區(qū)的上部與下部區(qū)域。SHEAR7根據(jù)指定的約化速度雙帶寬判斷尼區(qū)。

纜繩和熱交換器的摧毀性作用，在工程實(shí)踐中有著很重要的意義。在工程實(shí)際中產(chǎn)生渦激振動(dòng)的例子很多。1940年，匠心獨(dú)具的紐約塔科瑪海峽懸索橋，由于氣流引起的渦激振動(dòng)而破壞[#5〕，如圖2.1所示。1979年，在英吉利海峽，一個(gè)自升式鉆井平臺(tái)的鉆井立管發(fā)生渦激振動(dòng)而被迫停止生產(chǎn)。2001年三月，巴西一座石油鉆井平臺(tái)由于發(fā)生渦激振動(dòng)而沉沒(méi)，如圖2.2所示。圖2.1塔科瑪海峽懸索橋圖2.2正在傾覆的鉆井平臺(tái)

要想全面地了解結(jié)構(gòu)在其旋渦尾流作用下的振動(dòng)機(jī)理以及對(duì)鎖定區(qū)的振動(dòng)情況進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)是十分困難的。這是因?yàn)榱黧w的分離現(xiàn)象以及由此而產(chǎn)生的尾流旋渦及其泄放過(guò)程是非常復(fù)雜的，對(duì)其機(jī)理至今也沒(méi)有全面而系統(tǒng)的研究成果。觀(guān)測(cè)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)表明，當(dāng)流體接近于一個(gè)非流線(xiàn)型物體的前緣時(shí)，因受阻滯，流體質(zhì)點(diǎn)的壓力就從自由流動(dòng)壓力升高到停滯壓力。同時(shí)靠近前緣流體的高壓促使正在形成中的附面層在圓柱體的兩側(cè)逐漸發(fā)展。但是在高雷諾數(shù)情況下，由壓力產(chǎn)生的力不足以把附面層推到包圍住非流線(xiàn)型圓柱體背面，而是在柱體斷面寬度最大點(diǎn)附近產(chǎn)生分離點(diǎn)。分離點(diǎn)即為沿柱體表面速度由正到負(fù)的轉(zhuǎn)變點(diǎn)或零速度點(diǎn)，在分離點(diǎn)后流體沿柱體表面將發(fā)生倒流，如圖2.3和圖2.4。邊界層在分離點(diǎn)脫離柱體表面，并形成向下游延展的自由剪切層。兩側(cè)的剪切層之間為尾流區(qū)。在剪切層范圍內(nèi)，由于接近自由流區(qū)的外側(cè)部分流速大于內(nèi)側(cè)部分，流體便有發(fā)生旋轉(zhuǎn)并分散成若干個(gè)旋渦的趨勢(shì)。圓柱體后面的旋渦系列被稱(chēng)為“渦街”。成型的旋渦流動(dòng)和圓柱體運(yùn)動(dòng)的相互作用成為旋渦誘發(fā)紡構(gòu)振動(dòng)的根源晰，n7]。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 鄭治國(guó),孫大成,劉憲亮;用濕模態(tài)法進(jìn)行流固耦合分析時(shí)一個(gè)問(wèn)題的探討[J];華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào);1998年02期

本文編號(hào)：2840830