海底多跨管道流-固-土多场耦合试验研究

为弥补现阶段缺乏多跨管道涡激振动试验研究的不足,综合考虑流-固-土多场耦合,创造性地设计了一套完整的拖曳水池试验系统,并开展了多跨管道涡激振动试验观测。该试验系统可实现海底管道结构自身属性、土体作用、来流速度和预张力等因素对多跨管道涡激振动影响的数据获取,可为后续多跨管道涡激振动的理论研究和数值模拟提供数据参考和验证。研究结果表明：该系统可精准模拟多跨管道复杂的涡激振动现象。该研究可为多跨管道跨间作用机理的试验研究提供新思路,同时为系统地研究多跨管道涡激振动提供试验装备支持。     

海洋细长结构参数激励不稳定区的确定方法

分别采用变形参数法,改进的变形参数法及傅立叶分析法确定海洋细长结构参数振动Hill方程的不稳定区,比较三种方法的优缺点,并给出了前三阶不稳定区图像,为张力腿、立管等海洋细长柔性结构的设计提供参考。     

线性张力腿模型与非线性模型的比较研究

平台运动对张力腿的非线性动力响应具有显著的影响.提出了新的更加符合实际的边界条件,分别采用线性的 Euler-Bernoulli梁和非线性梁模型,分析了在不同的张力腿长度和平台激励条件下,线性张力腿模型与非线性模型在预测其动力响应时所得结果的差异.为了保证数值计算的正确性和可靠性,运用了两种不同的计算方法;Galerkin法,有限差分法进行数值求解.结果表明:非线性模型所得的张力腿流向响应幅值要比线性模型的小,且随着张力腿长度以及平台纵荡幅值的增加,非线性模型与线性模型的预测结果之间的差异会变得越来越显著.     

大倾角附螺旋列板倾斜圆柱涡激振动抑制分析

在室内拖曳水池中开展大长径比（L/D=350）,小质量比（m*=1.90）和大倾角（a=45 °）倾斜柔性圆柱涡激振动（VIV）抑制实验,观测螺旋列板对柔性圆柱VIV的抑制效果,并分析倾斜抑制圆柱涡激振动响应特性。选取海洋工程领域最优螺距/高度比组合（17.5D/0.25D）。通过拖车拖动模拟均匀来流,拖车速度范围为0.05 m/s~1.0 m/s,间隔为0.05 m/s,对应的雷诺数约为Re=800~16000。采用应变传感器测量结构横流向与顺流向的振动信息,并根据模态法处理实验数据。实验结果表明:螺旋列板对大倾角倾斜柔性圆柱VIV响应幅值和结构应变抑制效果不理想;同时观测到倾斜抑制圆柱涡激振动存在多模态的振动特征;并发现不相关原则（IP）不适用于倾斜抑制圆柱的涡激振动。     

深水张力腿平台与系泊系统的耦合动力响应

把张力腿简化为非线性梁结构,运用Hamilton原理,推导出平面情况下平台本体与张力腿系泊系统的耦合运动方程及边界条件;分析了不同流场条件下,两种不同张力腿模型(非线性梁和无质量弹簧模型)对平台动力响应预测结果的影响;分析结果表明:随着流场条件的不同,采用不同的张力腿简化模型得到的平台动力响应预测结果具有明显的不同.阐明了两种模型所得结果产生差异的原因.     

圆柱顺流向涡激振动响应及流体力特征分析

为了研究柔性圆柱顺流向涡激振动响应特性和流固耦合机理,进行了柔性圆柱涡激振动实验。根据实验中测量的结构应变,用模态分析法重构圆柱顺流向响应位移。建立有限元模型,根据位移逆向求解圆柱顺流向的流体力,并通过最小二乘法获得了脉动阻力和附加质量系数。结果表明:顺流向响应位移均方根最高可达0. 45倍的圆柱直径;在模态控制区,随响应位移的增大,脉动阻力系数减小,体现了顺流向涡激振动的自限制特性;附加质量系数在模态控制区减小,致使结构响应频率"锁定"在固有频率附近;脉动阻力系数和响应位移的轴向分布具有高度一致性;流体力和响应位移之间的相位差会对脉动阻力和附加质量系数产生重要影响。     

圆柱结构顺流向第一不稳定区内涡激振动的研究

在实际工程中圆柱结构顺流向的涡激振动比较常见,其对结构的疲劳破坏影响也十分显著。该文分析了弹性支承圆柱在顺流向第一不稳定区内的涡激振动,运用Van der Pol方程描述对称旋涡脱落的尾迹特性,采用尾流振子模型计算结构响应,并研究了质量-阻尼参数和质量率对顺流向涡激振动的影响机理。数值计算结果表明,在第一不稳定区内,弹性支承圆柱顺流向涡激振动存在临界质量率。     

非对称边界悬跨管道的涡激振动疲劳特性分析

针对工程实际中海底悬跨管道两端边界处多为非对称约束的现状,本文做了相应的涡激振动疲劳损伤分析。运用土体弹簧描述悬跨管道两端跨肩处的管-土作用,通过改变土体弹簧刚度模拟边界条件变化。利用理论模型模拟结构的振动响应,结合S-N曲线法,分析了非对称边界条件下海底悬跨管道疲劳特性。研究结果表明:悬跨两端的土体扭转刚度存在一个临界区域(扭转刚度为10~6～10~8)。当扭转刚度在此临界区域内变化时,海底悬跨管道的疲劳特性会发生剧烈变化;在此区域外,端部扭转弹簧刚度对结构疲劳影响较小。