深海立管顺流与横流耦合涡激振动中的内流效应分析EI北大核心CSCD

深海立管因长径比大幅增加导致柔性增强、内流效应凸显,其在顺流和横流耦合涡激振动中的内流效应尚未得到很好理解。采用半经验时域涡激振动水动力模型,建立深海立管在均匀洋流下的横向和纵向耦合振动方程,并利用有限元法求解,探究不同内流速度、内流密度和洋流下立管在顺流和横流耦合涡激振动中的内流效应。研究发现,当洋流速度和内流密度一定时:①内流效应可使系统固有频率降低,因此随着内流速度增加,顺流和横流涡激主导频率可能脱离激励区,主导模态转移到高阶,同时主导频率发生阶跃增加;②立管横向位移均方根最大值是增加还是减少取决于横向涡激主导频率是接近还是远离涡脱频率;③当横流向涡激振动主导模态不变时,由于内流效应可以降低系统刚度,顺流向的静态位移随着内流速度的增加而逐步增加,当横流向主导模态转移至高阶时,顺流向的拖曳力系数会发生突然减少导致静态位移呈现阶跃性下降;④内流效应对顺流向振动有着不可忽略的影响。立管顺流向振动响应是内流效应、拖曳力(受横流向涡激响应影响)和顺流向涡激流体力联合作用的结果。     

基于EEMD的圆弧齿轮泵空化流动及振动特性试验研究EI北大核心CSCD

针对圆弧齿轮泵由空化造成的振动问题,提出一种基于经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)的圆弧齿轮泵空化流动及振动特性试验方法。以圆弧齿轮泵空化试验平台为基础,引入EEMD分解及希尔伯特边际谱分析技术,得到了不同转速及不同出口压力下的监测点的频域结果,实现了对圆弧齿轮泵振动特性的研究。试验表明:EEMD分解及希尔伯特边际谱分析技术,可以有效地识别圆弧齿轮泵出口振动特征;在额定出口压力下,随着工作转速的增大,泵出口处振动加速度信号的振动主要引起低频段能级上的增加,其中以1000~1500 Hz尤为剧烈,形成能级最大的谱峰;在额定转速下,随着出口压力的增大,振动加速度信号的边际谱峰值、中心频率位置及频率变化范围呈现出先增大后减小再增大的趋势;进一步可提取圆弧齿轮泵振动加速度信号的边际谱峰值、中心频率以及带宽作为泵空化特征参数进行分析。     

不同流场下含内流立管涡激振动响应特性及Coriolis力效应研究EI北大核心CSCD

细长结构物在海洋来流作用下会发生涡激振动(vortex-induced vibration, VIV),涡激振动是海洋立管疲劳损伤的主要诱因之一。立管实际工作过程中内部输送油气,产生惯性力、科氏力(Coriolis力)和离心力,使得立管的动力响应变得更为复杂。基于含内流立管涡激振动响应时域预报模型,分别计算了在均匀流和剪切流下含内流立管涡激振动响应,并分析了机理较为复杂的科氏力作用。结果表明:均匀外流下内流会降低立管的固有频率,增大响应幅值;剪切外流下内流会激发出更高阶的模态响应。均匀外流下,科氏力在一定区域内固定做正功或负功,分别引起均方根位移的增大或减小;剪切外流下,科氏力使得立管顶部区域均方根位移升高,中部区域均方根位移降低。内流速度越大,科氏力效应越显著。     

近平板圆柱涡激振动风洞试验研究EI北大核心CSCD

此次研究对水平板附近低质量比(m*=43.6)圆柱的涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)问题开展了风洞试验,其中圆柱与平板的间隙范围为0≤S/D≤2.5。结果表明:当S/D=0时,随着约化速度U*的增加,圆柱始终保持静止;当0相似文献   

并列刚性双圆柱流激振动风洞试验研究EI北大核心CSCD

通过风洞试验研究了弹性支撑条件下并列刚性双圆柱的流激振动,试验雷诺数范围Re=3200~36200。圆柱间距比S/D=1.5~4.0,其中S为两圆柱圆心间距,D为圆柱直径。结果表明:随着间距的变化,并列双圆柱的振动幅值呈现涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)和尾流耦合涡激振动(wake-coupled vortex-induced vibration,WCVIV)模式。WCVIV发生在间距比S/D≤3.0时,此时双圆柱之间相互干涉作用较强,双圆柱振动幅值响应呈现不一致性,振动位移之间表现为同相位或反相位耦合特征,圆柱尾流场对称点的涡脱频率也不相同,尾流呈现不对称性。而VIV发生在间距比S/D=3.5~4.0时,此时双圆柱相互独立,其振动幅值和涡脱频率几乎相同,尾流的不对称现象消失,振动位移之间相位差不再近似等于恒定值而是随时间周期性的“划动”。无论发生WCVIV还是VIV,振动频率的主频均锁定于1倍的固有频率。     

利用延迟反馈控制柔性圆柱涡激振动数值研究EI北大核心CSCD

以三维细长柔性圆柱为研究对象,基于结构梁振动模型和尾流振子模型,采用二阶中心有限差分方法求解耦合方程,研究延迟反馈控制作用下柔性圆柱的涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)响应特性。研究发现:柔性圆柱的振动幅值和振动频率会随着延迟时间τ的增加呈现周期性变化,不同的延迟时间τ耦合不同的延迟增益k_(d),可以实现柔性圆柱不同振动幅值和振动频率的控制;在耦合延迟增益(k_(d))符号相反时,变化曲线会有半个周期的相位差;且延迟时间τ并不能改变振幅峰值,其大小只与延迟增益k_(d)有关。理论分析证明:当τ不断增加时,振动频率f和波数k会趋向于定值。该研究提出的延迟反馈方法能够有效控制柔性圆柱的涡激振动,为海洋立管等柔性钝体的振动控制提供新的方法和思路。     

改进EEMD方法及混沌降噪应用研究EI北大核心CSCD

在总体平均经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)降噪过程中,对本征模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF)的有效处理一直是影响降噪效果的关键。为此,提出一种基于改进EEMD的去噪方法。基于"3σ"法则和奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)提取第一个IMF分量中有用信号细节。利用连续均方误差准则对剩余IMF分量进行高低频区分,分别使用SVD和S-G算法提取高低频分量的有用信号,可以有效避免了高频部分有用信号的流失,同时剔除低频分量中的部分噪声,克服了EEMD去噪时IMFs难以有效处理的不足。为了验证该方法的有效性,进行了数字仿真与双势阱混沌振动试验,结果表明,该方法的降噪效果优于小波加权和EEMD去噪方法。     

基于改进的MEEMD的隧道掘进爆破振动信号去噪优化分析EI北大核心CSCD

爆破振动信号受现场条件限制,多为复杂含噪信号,对降噪方法的性能提出更高要求。为了获得真实振动特征,建立了一种基于改进的总体平均经验模态分解(modified ensemble empirical mode decomposition,MEEMD)的联合去噪方法。首先,将原始信号进行MEEMD分解得到本征模态分量(intrinsic mode function,IMF),结合相关系数和样本熵(sample entropy,SE)-Hurst指数进行IMF分类;然后,针对含噪IMF分量中的残留噪声,使用最小均方(least mean square,LMS)自适应滤波进行降噪,达到信号去噪的目的。算法对比结果表明:在仿真试验中,MEEMD-LMS相较互补集合经验模态分解(complementary ensemble empirical mode decomposition,CEEMD)、快速集合经验模态分解(fast ensemble empirical mode decomposition,FEEMD)等方法表现出更优的降噪性能;在隧道掘进爆破的实例分析中,MEEMD-LMS相较MEEMD对高频噪声的降噪效果更好,低频段频谱更清晰,具备良好的适用性。     

基于CEEMDAN-IAWT方法的滚动轴承振动信号降噪EI北大核心CSCD

针对滚动轴承振动信号中混入噪声的问题,设计一种自适应白噪声完全集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)结合改进自适应小波阈值(improved adaptive wavelet threshold,IAWT)的联合降噪法。使用CEEMDAN对信号进行模态分解得到本征模态函数(intrinsic mode functions,IMFs);将得到的IMFs与原信号进行相关性分析识别有效分量;针对小波阈值(wavelet threshold,WT)降噪算法不能自适应选取小波基和分解层数以及阈值函数存在缺陷的问题,设计了IAWT算法,利用IAWT算法过滤IMFs中的噪声;将处理后的IMFs进行信号重构。利用设计的联合降噪算法对仿真信号和试验台信号处理可知,相比于WT,使用IAWT处理后的信号信噪比提高了约0.5 dB,与原信号的相关系数提高了约0.03,均方根误差降低了约0.01;将设计的方法与CEEMDAN-WT等方法对比可知,经处理后的信号信噪比至少提高了1.37 dB,且信号特征保存完好。     

基于EEMD-SDCCⅠ-HMM的水电机组振动故障识别方法EI北大核心CSCD

针对水电机组故障诊断问题,提出了一种基于集合经验模态分解(EEMD),曲线趋势编码(CC)和隐马尔科夫模型(HMM)的故障识别方法。该方法首先利用EEMD处理机组振动信号,得到一系列本征模态函数(IMF)然后计算各阶IMF的标准差(SDs)形成标准差曲线,并根据IMF标准差曲线的趋势进行编码构成特征向量。最后将特征向量作为学习样本输入HMM,通过训练得到各状态的HMM。当待测样本输入各状态HMM时,可通过对比各模型输出的对数似然概率值来判断样本所属状态。试验结果表明,该方法能有效提取机组故障特征,识别故障类型,与常规故障识别方法相比,具有较高的准确率。     

小间距比下串列双圆柱涡激振动数值模拟研究:振动响应和流体力EI北大核心CSCD

对小间距比(L*=1. 1～1. 5)下串列双圆柱涡激振动进行了数值模拟研究,其中Re=100,折合流速为U_r=3～30,质量比为m*=2. 0。为保证圆柱之间的距离不变,两圆柱均仅作横向振动。根据圆柱响应的不同将间距比范围内的涡激振动分为三种:(1)间距比L*≤1. 1时,响应存在于较大的折合流速(U_r=4～28)范围内;(2)间距比L*=1. 2～1. 3时,在大折合流速时,类似于高雷诺数时的尾流弛振出现;(3)间距比L*≥1. 5时,响应随折合流速增加并达到最大值,之后随折合流速缓慢减小,并最终稳定在较大的幅值上。对应不同的响应类型,上游和下游圆柱的流体力也呈现不同的变化;由于受到上游圆柱的屏蔽,下游圆柱的阻力均值要明显小于上游圆柱;在出现尾流弛振的区域,两圆柱的升力均方根随折合流速增加;此外,某些折合流速下圆柱之间的非稳定耦合作用也被反映出来。     

基于EEMD的改进小波阈值算法在超声水表中的应用EI北大核心CSCD

针对超声水表在实际工作环境中容易受到噪声干扰从而导致计量精度下降的问题,提出了基于集合经验模态分解(EEMD)的改进小波阈值降噪算法。为了提高降噪效果,对小波阈值降噪算法进行了改进,构造了非线性阈值函数取代传统阈值函数,同时给出了一种分解尺度选择的方法。利用EEMD将流速信号分解为一系列的本征模态函数,通过改进小波阈值降噪算法对本征模态函数进行降噪处理,去除其中的噪声分量,为了验证该算法的适用性,将其与小波阈值降噪算法和时空滤波分析方法进行了比较。试验结果表明,以超声水表流速信号为降噪对象时,基于EEMD的改进小波阈值降噪算法具有较好的降噪效果。     

拖缆模型涡激振动的影响因素分析

为了考察圆柱型声纳阵拖缆在水下拖曳时,由于尾流中发放旋涡激起的涡激振动情况和有关规律,进行 了试验研究。对不同拖曳速度、拖缆倾角,即拖缆与来流速度之间的夹角和不同直径的拖缆涡激振动进行了测量分析。 结果表明,约化速度、拖缆倾角、拖曳速度等是影响涡激振动的主要因素。试验结果对进一步开展该类课题的研究,对声 纳阵拖缆的设计,提供了技术依据,具有实际价值。     

刚性联结串列双圆柱尾流致涡激振动研究EI北大核心CSCD

为了研究刚性联结对串列双圆柱尾流致涡激振动的减振效果及其流场作用机理,以圆心间距为4D(D为圆柱直径)的无联结及刚性联结串列双圆柱为研究对象,在雷诺数Re=150时,采用数值模拟方法研究了刚性联结对圆柱振幅、振动轨迹和锁振区域的影响规律,分析了振动响应和气动力之间的内在联系,探讨了两类圆柱振动差异背后的流场机理。研究表明:刚性联结对串列双圆柱的尾流致涡激振动有一定的减振作用,提高了发生涡激振动的起振风速,减小了发生涡激振动的折减速度范围,降低了下游圆柱的振幅,但上游圆柱振幅略有增加。发生尾流致涡激振动时,无联结串列双圆柱和刚性联结串列双圆柱的的流固耦合机制不同,两者的尾流模态有很大差异。     

基于CFX圆柱涡激振动的数值模拟研究

基于k-ω SST湍流模型研究了典型亚临界状态下（Re=3900）二维圆柱的涡激振动。通过将圆柱简化为不同刚度的质量弹簧系统,并运用CFX的动网格与CEL功能,研究了刚度系数对圆柱涡激振动的影响。研究观察到了圆柱涡激振动的“锁定”现象、自限定现象以及漩涡脱落模态从2P到2S的转变过程,并得出了圆柱涡激振动特性随刚度变化的规律。     

O型套环对斜拉索涡激振动影响的试验研究EI北大核心CSCD

斜拉索的涡激振动起振风速低,发生频繁,可能造成斜拉索的疲劳破坏,因此,斜拉索涡激振动的控制措施研究和设计十分重要。根据斜拉索涡激振动机理,提出O型套环这种气动措施来控制涡激振动,通过风洞试验,比较了标准斜拉索和套环斜拉索的涡激振动响应,研究了套环几何参数对斜拉索涡激振动的控制效果和影响规律,并初步分析了抑制振动的机理。结果表明:套环可以有效抑制斜拉索涡激振动,不同试验参数套环可将原振幅减小13%~98%;从总体趋势来说,套环宽度和厚度越大、间距越小,套环对斜拉索涡激振动的控制效果越好;安装O型套环之后,斜拉索外形表现出三维几何特征,流场的三维性被加剧,进而卡门涡的规则脱落和涡激振动被减弱。     

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。     

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。     

基于CFX圆柱涡激振动的数值模拟研究

基于k-ω SST湍流模型研究了典型亚临界状态下（Re=3900）二维圆柱的涡激振动。通过将圆柱简化为不同刚度的质量弹簧系统,并运用CFX的动网格与CEL功能,研究了刚度系数对圆柱涡激振动的影响。研究观察到了圆柱涡激振动的“锁定”现象、自限定现象以及漩涡脱落模态从2P到2S的转变过程,并得出了圆柱涡激振动特性随刚度变化的规律。     

翼型尾流干涉下的柱体结构涡振特性研究EI北大核心CSCD

翼型尾流干涉下柱体结构涡激振动(vortex induced vibration,VIV)特性的准确预测是翼型-柱体耦合结构振动控制研究的关键。为了研究翼型位置参数对柱体结构涡激振动特性的影响,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)、结构动力学以及嵌套网格技术建立翼型-双自由度柱体耦合结构的流固耦合动力学仿真模型。通过与国外文献试验数据对比,验证了该研究建立的数值模型的准确性。计算结果表明,在较小的约化速度下翼型尾流干涉的柱体横向振幅和频率比微小于单柱体,约化速度较大时会大于单柱体。不同的翼型与柱体之间的距离会使柱体横向振幅和频率比发生变化,在距离为3D时取得最大横向振幅。不同攻角的翼型也对柱体的影响不同,柱体的横向振幅和频率比在攻角为100°时取得最小值。