考虑附属管的实尺寸钻井隔水管系统涡激振动二维数值模拟研究

实际钻井隔水管通常含6根附属管线,近期研究表明,实际隔水管外挂的附属管线对主管有一定的流动控制效果,它是否有涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)抑制作用亟待研究,针对这一问题开展数值模拟研究.基于RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方程,结合k-ω湍...     

羽翼形隔水管涡激振动抑制装置实验研究

基于鸟类翅膀尾缘锯齿外形的仿生学研究,提出了一种带有双羽翼形飘带结构的海洋钻井隔水管涡激振动抑制装置。对裸圆柱模型和带有不同尾缘外形、不同长度双飘带结构的圆柱模型进行水流模拟实验,应用粒子图像测速技术测量模型的尾迹流场,得到相应的尾迹流线图和涡量图。通过比较分析得:双飘带结构能有效减少水流中圆柱模型后方的旋涡,且飘带尾缘外形能影响圆柱周围的流场,尾缘锯齿形飘带可使旋涡的产生滞后。飘带长度为圆柱直径四倍左右时对旋涡的抑制效果较好。因此,羽翼形涡激振动抑制装置能有效抑制水下隔水管的涡激振动。     

基于小波变换的顶张力立管涡激振动规律实验研究

为研究顶张力立管在海流作用下的涡激振动规律,在大型波浪流水槽中进行涡激振动模型实验。实验中立管竖直固定于实验支架上,外部承受不同速度的流体作用,上端施加变化的顶张力。立管模型上均匀布置六个测点,根据每个测点布置的两个应变计,分别测得来流向和横向两个方向振动响应。通过小波变换方法对实验数据进行时间频域分析,得到立管涡激振动频率和振动幅值以及来流向与横向的耦合振动规律,考察顶张力变化对立管自振频率以及涡激振动的影响。     

柔性立管涡激振动抑制装置试验研究

为深入研究带螺旋列板的柔性立管涡激振动响应特性,进行立管螺旋列板抑制装置的拖曳水池试验。由拖车拖动立管产生来流测得应变数据,基于模态叠加法获得立管位移响应等参数。分析螺旋列板抑制装置的螺距变化,系统研究不同螺旋列板状态下立管应变、位移响应等参数。结果表明,流向响应与横向响应同样重要不可忽略;裸管响应特性与带螺旋列板的立管响应特性区别较大,响应特性与螺旋列板几何形状紧密相关。     

分体箱梁中央隔涡板涡激振动抑制机理研究

借助风洞试验和计算流体力学对分体钢箱梁的涡激振动性能及中央隔涡板的抑振效果与机理开展研究,对比不同形式(水平隔涡板、一道竖向隔涡板、两道竖向隔涡板)和尺寸中央隔涡板的抑振效果,并根据流迹与速度云图对不同形式中央隔涡板的抑振机理进行分析。结果表明：开槽顶部水平隔涡板能够阻碍开槽处的气体对流,降低开槽内部及断面周围气流速度,增加旋涡移动和脱落难度,从而在一定程度上抑制涡激振动,抑振效果随隔涡板宽度增大而增加;开槽内部竖向隔涡板能够将旋涡稳定在隔板分隔出的几个小区域内,避免产生稳定的旋涡脱落,进而有效抑制涡激振动,设置两道半高竖向隔涡板比设置一道全高竖向隔涡板效果更好,但需对两板间距进行优化。     

海洋平台涡激振动响应研究

本文根据海洋钻井平台的工作环境,研究了其对涡激振动的响应。计算结果表明其重要性,对海洋钻井平台设计具有一定的指导意义。     

波浪型斜拉索涡激振动实验研究

针对目前改变斜拉索表面形状来抑制斜拉索由风载荷引起的振动所遇到的问题,采用热线风速仪、激光位移器测量和烟线等实验方法,实验研究在Re=6 800~20 480区域内波浪型斜拉索涡致耦合振动及频率\"锁定\"现象,并引入直斜拉索作为对比。实验表明:在相同的质量比和阻尼比下,波浪型斜拉索λ/D=2和λ/D=6同直斜拉索同样容易被诱导振动,波浪型λ/D=2比波浪型λ/D=6的减震效果要好,和直斜拉索相比,波浪型λ/D=2的诱导振动时最大振幅减小10%,锁定区间变短,主要是由于随着表面凹凸变化倾斜度较大,波浪型斜拉索表面的展向二次涡强度得以增强,一旦诱导振动,将干扰斜拉索的涡旋激励,从而达到减震的目的。     

深海顶张力立管参激-涡激耦合振动响应分析

该文研究顶张力立管参激-涡激耦合振动计算方法和动力特性。考虑立管顶端动边界条件,建立顶张力立管模型,研究其在剪切流中的涡激振动响应和参激-涡激耦合振动响应。提出立管的动力响应分析方法,分析参数激励对立管横向涡激振动的影响。结果表明,立管的横向振动响应频率存在0.5倍参激亚谐成分,参数激励对于立管横向振动具有重要影响。     

海洋输液立管涡激振动响应及其疲劳寿命研究

以FrancisBiolley改进的vanderPol尾流振子模型为基础,考虑管内流动流体和管外海洋环境荷载共同作用,建立了海洋立管涡激振动微分方程,用Hermit插值函数对立管微分方程进行离散,并用Miner理论对立管的疲劳寿命进行分析,通过编程和实例计算,分析了管内流速对涡激响应幅值和疲劳寿命的影响。结果表明,当管内流体流速变化使立管的固有频率接近漩涡脱落频率时,立管涡激振动响应将会增大,疲劳寿命将会显著减少。     

深水隔水管-测试管系统非线性动力学模型研究EI北大核心CSCD

在深水测试工况中,隔水管-测试管系统受到海流VIV效应、自身纵横向耦合效应以及测试管FIV效应,极易发生屈曲变形、疲劳断裂和摩擦穿孔等破坏问题。笔者采用微元法、能量法结合哈密顿变分原理建立了深水隔水管-测试管系统非线性振动模型,基于弹塑性体接触碰撞理论,提出了管柱系统非线性接触载荷计算方法。采用三次Hermit差值形函数和Newmark-β法离散并求解系统振动模型。借助现场管柱参数,采用相似原理,设计了隔水管-测试管系统非线性振动模拟试验台架,测得隔水管和测试管的振动响应,与理论模型计算结果和单管振动模型计算结果对比,验证了深水隔水管-测试管系统非线性振动模型的正确性和有效性。在此基础上,分析了中国南海实例井管柱振动特性,表明在测试管振动疲劳分析时,不能忽略其自身局部高频振动的影响;测试管易发生强度失效的位置主要出现在中上部和下部。研究成果为深水测试管-隔水管的安全设计奠定理论基础。     

非均匀来流下深海立管涡激振动响应研究

针对顶端张紧式深海立管的特点，采用简化后的振动模型，结合刚性圆柱体自激振荡与受追振荡实验数据，建立了深海立管在非均匀来流下涡激振动响应的简化分析模型。各阶模态的响应位移通过平衡涡激锁定区域内柱体的输入能量与非锁定区内流体阻尼的耗散能量计算得到。该模型能充分体现涡激振动现象中频锁范围、附加质量以及非线性流体阻尼等本质特点，且形式简洁，计算方便。通过与实验结果的对比显示，该模型是可行的。     

采用改进尾流振子模型的柔性海洋立管的涡激振动响应分析

建立了柔性杆件在非均匀流作用下的涡激振动响应预测模型,考虑了涡激振动锁频阶段流体附加质量的变化,以及振动响应和来流简缩速度的非线性关系。该模型通过经验公式结合迭代求解的方式,计算方便、速度快,避免了数值计算(CFD)的繁琐,较为适合于海洋工程实际应用。与试验和数值结果的比较表明采用该文提出的计算模型,可以更合理、准确地给出结构涡激振动响应。最后,结合实际平台参数,进行了柔性立管在非均匀流场的作用下的涡激振动响应分析,并研究了立管的预张力、流场分布等参数的影响。分析结果表明:随着立管张力和流场分布的改变,各阶模态锁频区域发生了变化,从而改变了结构的总体响应     

深海立管涡激共振疲劳寿命简化计算方法

针对深海顶端张紧式立管固有的特点,采用解析与经验公式相结合的方法建立了海洋立管涡激振动下疲劳寿命的简化预报模型,该模型能充分计及轴向张力对振型的变化以及对疲劳寿命的影响,通过实例计算指出了深海立管涡激振动诱发疲劳破坏的危险区域,并讨论了流速对疲劳寿命的影响。该模型形式简洁、计算量少,适合对深海立管等细长挠性受拉构件的疲劳寿命进行初步校核计算。     

深水立管两向自由度涡激振动的数值分析

对更加符合实际情况的两向自由度涡激振动进行数值分析。研究四种不同质量比(m*=14.45,8.30,3.50和m*=1.87)情况时,流向振动与横向振动幅值和频率之间的关系。结果表明,在大质量比（m*=14.45,8.30）时,流向振动频率基本可以看做横向振动频率的2倍,并且流向振动幅值相对于横向振动幅值来说可以忽略不计,符合现有实验研究结果;当质量比较小（m*=3.50,1.87）时,顺流向振动幅值并不能被忽略,尤其在顺流向处于锁频时。两向振动的主频率基本维持2倍关系,但是除主频率外还具有相同或相似的振动频率。     

铁路桥梁梁墩基础体系动力测试分析

通过对位于广深线上的京山一号中桥1#桥墩、雅瑶特大桥2#桥墩和石龙大桥62#桥墩桩基础顶动力测试,分析列车以不同车速通过桥面时,桥墩在动荷载作用下强迫振动特性,如梁端及墩身各部位振动幅值、墩身的动应变值等;并用Origin6.0曲线拟合程序对墩底动力特性进行拟合,得到桥墩墩底动力频率和动力幅值与车速的关系。     

隔震结构特性测试研究

福建省防震减灾指挥中心隔震层采用中国生产的低硬度橡胶隔震支座，测试了该隔震楼在环境振动和隔震层发生初位移时结构的动力特性，得到了结构的前3阶频率、振型和阻尼比，并测得隔震层在小变形时的滞回性能和加速度响应，结果表明，隔震结构的卓越周期比传统结构长，结构振型的阻尼比较大。     

考虑流固耦合的大柔性圆柱体涡激振动非线性时域模型

基于流固耦合的涡激升力模型和Morison方程,提出了一个非线性的圆柱体涡激振动时域分析模型。该模型不仅考虑了脉动拖曳力诱发的顺流向涡激振动,而且考虑了横向的流固耦合问题。该模型物理意义清楚,其非线性包括流体阻尼的非线性性质和涡激升力与圆柱体响应的相关性,这些非线性性质是该模型区别于现有涡激振动分析模型的主要特征。分析表明,该模型较好地反映了圆柱体涡激振动的本质,与现有的商业软件吻合较好。