质量比和阻尼比对高阻尼涡激振动的影响

涡激振动水生能源是一种可在低流速条件下利用水中涡激振动现象从周围流场中提取水流动能的新兴可再生清洁能源技术,其能量转换装置在进行能量传递和转换过程中会对涡激振动系统引入较高的阻尼,使其不同于以往研究较多的低阻尼涡激振动系统。文章建立了一个单自由度涡激振动模型,模型采用受迫振动实验得到的流体力数据,通过迭代求解涡激振动能量转换装置的动力响应,进而计算系统转换功率。通过对质量比m*和阻尼比ζ等重要参数对涡激振动响应及能量转换效率影响的细致研究,揭示出:频率锁定的发生及较大能量转换效率的无量纲流速范围主要受质量比控制;最大能量转换效率主要受质量—阻尼参数m*ζ控制,并且存在一个最优值;出现最大能量转换效率的无量纲流速与m*ζ有关,在m*ζ0.2的范围内出现最大能量转换效率的无量纲流速随质量比和阻尼比的变化而变化,而在0.2m*ζ0.7的范围内与阻尼比无关,主要取决于质量比。     

急紊流条件下深水铺设D形排施工工艺*

长江干线武汉—安庆段6 m水深航道整治工程（Ⅳ标段）马当左槽中段潜坝工程D形排施工时，由于水深和流速较大，出现了铺排船走锚、横向控制不住船位等现象，在采取增加上游锚缆长度以增加锚抓力、下连环锚等一系列措施而仍然没有彻底解决问题的情况下，提出2种增加锚泊力的施工方案：方案1是在铺排船的上游增加1艘辅助铺排船；方案2是把设计的排头梁换成2片联锁片进行排头锚固，利用排头的水下摩擦力增加铺排船的锚泊能力。对2种方案的船舶锚泊力和排体受力进行分析。现场试验结果表明方案2是可行的，而方案1由于多种因素的影响，铺排船仍然出现了走锚。     

张力腿悬浮隧道的动力学模型和自振特性

建立了张力腿悬浮隧道在外荷载下的面内动力学方程并进行了结构自振特性的分析。将悬浮隧道沿跨径方向视为一系列支撑拉索和管体组成,其中拉索和管体分别在局部坐标系和整体坐标系中考虑,通过Morison方程考虑流体作用于构件上的升力和拖拽力。采用Hamilton原理建立各个构件的动力学方程,组合得到整体结构的动力学模型。由对应的线性无阻尼自由振动方程确定构件模态函数的形式,再结合各构件的边界条件和匹配条件可得用于求解频率和模态的特征方程。经有限元法对比验证,该方法可有效获取悬浮隧道各种振动形式的频率和模态;算例分析表明各阶次频率十分密集,索局部振动、结构整体振动同时依次存在于频率谱上。     

D形软体排顺水沉排受力特性分析

软体排沉排过程中受到移船、水流等因素的影响容易发生撕排现象.为探究顺水沉排过程中相对移船位移、水深、表面流速和布置加筋条对排布受力的影响,基于悬链线理论建立软体排数学模型,考虑流速沿水深的指数分布,开展系列数值计算.结果表明:相对移船位移对排布应力的影响最大,表面流速和水深次之;排布最大轴向和横向应力均出现在排布顶端,...     

弧形闸门流激振动原型观测方法探讨

从动水压力、动力特性和振动响应观测3个方面出发,对弧形闸门流激振动原型观测中采用的研究方法、测试技术、分析方法及存在的难点问题进行了探讨.通过采用现有的几种闸门振动安全评价方法,分别对几种典型的弧形闸门进行了评价,并对评价结果进行比较.分析结果表明:大部分闸门的评价结果较为一致,但少数闸门的评价结果出现了偏差,闸门的振动安全性评价有待形成统一的评价标准.     

稳定流作用下海底悬跨管线涡激振动研究

讨论了目前用于海底悬跨管线涡激振动预报的主要数值模型,针对海底管线悬跨段涡激振动问题编制了有限元分析程序,程序采用梁单元模拟管跨结构,动力响应计算方法采用VIVANA模型,模型控制方程采用Newton-Raphson迭代算法求解。采用Larsen,Koushan等人(2002)和Larsen,Baarholm等人(2004)给出的两组不同的用于确定升力曲线的参数曲线进行计算,将计算结果与Tsahalis(1984,1987)的模型实验结果进行了比较。结果表明本文的涡激振动模型能够预报间隙比e/D=∞时海底悬跨管线的涡激振动响应;采用Larsen,Koushan等人(2002)参数曲线得到的计算结果与间隙比e/D=∞时的实验结果符合较好,Larsen,Koushan等人(2002)参数曲线较Larsen,Baarholm等人(2004)参数曲线更适合于海底悬跨管线的涡激振动预报。     

Identification of hydrodynamic forces on a flexible pipe near plane boundary subjected to vortex-induced vibrations

Formally,use of system identification techniques to estimate the forces acting on the beam may give information on hydrodynamic forces due to vortex-induced vibrations(VIVs),but no results from such attempts for submarine pipeline spans have been reported.In this study,a pipe model with a mass ratio(mass/displaced mass) of 2.62 is tested in a current tank.The gap ratios(gap to pipe diameter ratio) at the pipe ends are 2.0,4.0, 6.0 and 8.0.The response of the model is measured using optical fiber strain gauges.A modal approach linked to a finite element method is used to estimate the hydrodynamic forces from measurement.The hydrodynamic force at the dominant response frequency is the major concern,and the lift force and added mass coefficients are calculated.Response calculations are performed using force coefficients from the inverse force analysis and the calculated results are in accordance with the experimental data.     

固定海床上海底管跨顺向和横向耦合振动实验研究

虽然对于圆柱体结构涡激振动问题的研究很多,但是对于海床近壁影响下海底管跨顺向和横向耦合涡激振动特征了解的还相当少。文章在波流水槽中开展了实验研究工作,对固定海床上海底管跨顺向和横向耦合振动进行了探索。实验模型由一根长2.6m,外径为16mm,壁厚为0.3mm的钢管制作而成,模型质量比为2.62。实验间隙比为2.0、4.0、6.0和8.0。模型的动力响应采用光纤光栅应变传感器测量,每个振动方向沿模型管线长度方向均匀布置四个传感器。利用模态分析方法对应变数据进行处理得到模型的振动位移响应,进而分析得到振动频率、响应幅值、模态特征等数据。对不同间隙比条件下管线横截面运动曲线沿管长的变化以及随流速的变化进行考察,发现对于e/D>2.0,运动曲线表现为常见的8字形,但是对于e/D=2.0,横截面运动曲线表现为泪滴形图样。各间隙比条件下顺向振动频率与横向振动频率的比值大部分集中在2.0附近,证实了对于锁定范围内的流速,顺向振动频率是横向振动频率的2倍。     

内流对两端铰支水下输油管线管壁应力影响的数值分析

针对两端铰支水下输油管道,分别采用三维弹性动力学方程和N-S方程模拟管道与内部流体;借助ADINA有限元计算软件,管线采用壳模型四边形9节点单元离散,内部流体采用四面体4节点单元离散,通过在流固边界上反复迭代,实现管线及内部流体系统的三维流固耦合计算.管线外部环境条件考虑了管线外壁水压力的分布.依据数值计算得到的管线耦合系统的固有频率与HOUSNER方程的理论解的比较,探讨了不同内流流速对不同跨长管线管壁应力的影响,以及考虑管线外壁水压力作用的计算结果与通常假定管线在空气中的计算结果的差别.     

复杂水流条件下抛石漂移距离的试验研究

抛石漂移是河道治理、护岸、潜丁坝、桥墩防冲等实际工程中经常遇到的问题,依托长江南京以下12.5 m深水航道二期工程口岸直水道整治工程,针对抛石漂移距离在试验室水槽内开展了一系列物理模型试验,对水深、流速、抛高、块石质量及块石形状的不规则等因素对抛石漂距的影响进行了研究;同时在考虑水流流速垂向分布的基础上,通过块石在动水中的受力分析推导出水上抛石漂移距离计算公式,利用模型试验结果拟合出公式中各系数的值,并将其计算结果与模型试验数据和现场观测数据进行比较,结果吻合较好,验证了公式的合理性。