变张力细长柔性立管涡激振动响应特性数值研究

基于尾流振子模型,对轴向时变张力下细长柔性立管涡激振动响应特性进行数值研究。研究考虑三种不同的流剖面：线性剪切、指数剪切、以及真实阶梯流剖面;采用二阶中心差分方法求解结构振动和尾流振子的耦合方程;系统地比较三种不同流剖面下结构的振动位移、振动频率、位移包络线,以及位移时空演化等VIV响应特性。数值结果表明,线性剪切流下VIV振动位移和振动频率均与真实阶梯流下位移和频率存在很大差别,指数剪切流下VIV振动位移与真实阶梯流下情况非常接近,但指数剪切流下VIV振动频率与真实阶梯流下频率仍有较大差别。     

柔性立管涡激振动响应轨迹特性研究

为了深入研究细长柔性立管的涡激振动响应特性,进行了柔性立管的拖曳水池试验。由拖车拖动立管产生相对来流,根据应变测试得到的应变数据,基于模态叠加法得到位移响应。试验分析前,通过数值方法先针对刚性立管的涡激振动响应轨迹特性进行了分析。紧接着,通过试验方法对柔性立管的单模态以及多模态涡激振动响应轨迹特性进行了深入的分析和讨论。通过分析发现:柔性立管在低速下具有与刚性立管类似的轨迹响应特性,均呈现经典的8字形状;柔性立管在高速下,其轨迹开始变得混乱,这主要是由位移的多模态响应特性所产生。     

缓波型柔性立管涡激响应数值模拟

缓波型柔性立管的涡激振动问题是当前海洋工程界的研究热点.本文基于Milan尾流振子模型,通过Or?caFlex软件及悬链线方程,考虑缓波型柔性立管的几何非线性及三维效应,基于等效原则将缓波型柔性立管转换为直立立管进行分析,同时探讨了不同浮子段覆盖率对缓波型柔性立管涡激振动特性的影响规律,给出了立管不同轴向位置处的运动轨迹,为揭示缓波型柔性立管涡激运动特征提供了借鉴.     

基于HHT方法的柔性立管涡激振动特性分析研究

本文针对试验中的柔性立管涡激振动响应特性问题,使用HHT方法进行分析。首先,将试验中获得的应变时历转化为位移时历,并进行EMD分解,分析确认分解结果的正确性。然后,根据分解结果,统计分析立管涡激振动模态数与流速的关系。之后,使用HHT方法分析立管涡激振动的频率响应特性,获得确认立管振动阶数的方法,在试验中发现"倍频"现象,并总结"倍频"现象分布的流速区间。最终,通过观察立管振动位移的时空分布,获得立管振动的阶数,发现了振型的不对称特性,并分析其导致模态混淆的原因,同时观察到立管振动模态的激励发展过程,并最终总结了不同流速下立管响应模态阶数及对应频率。     

剪切流作用下立管涡激响应的研究

为研究剪切流作用下立管的涡激振动问题,文章建立了三维立管的涡激动力响应方程,顺流方向的力通过Morison方程求解;横向涡激力采用改进的尾流阵子模型求解,考虑了附加质量的变化;轴向力的计算考虑平台升沉运动的影响。采用有限单元法离散控制方程,离散后的方程采用Newmark-β法在时域求解。在此基础上,研究了剪切流作用下立管的多模态涡激振动响应,讨论了剪切参数对立管涡激动力响应的影响,并比较了均匀流和剪切流条件下立管不同的响应特征。结果表明,剪切参数对立管的涡激响应动力响应有很大的影响,剪切流条件下立管呈现的多模态响应极为复杂,与均匀来流条件下的振幅和频率响应特点明显不同。     

剪切来流下柔性立管涡激振动抑制装置试验研究

文章针对柔性立管螺旋列板抑制装置在剪切流场中的涡激振动响应特性进行了试验研究,试验过程中通过旋转臂架从而形成相对剪切来流。通过测试得到的应变数据,基于模态叠加法,可得到立管的位移响应等参数。试验中针对螺旋列板的螺距和鳍高的变化进行了分析,系统地研究了不同螺旋列板状态下立管的主导频率、主导模态、无量纲振幅比以及疲劳损伤等参数。研究结果表明：螺旋列板可以很好地抑制立管的涡激振动响应;与螺距相比,鳍高对立管涡激振动响应会带来更大的影响;剪切流场中立管螺距恒定为5.0D（D为立管外径）时,鳍高为0.15D时的立管具有最好的抑制效果。     

平台运动下悬链线立管涡激振动响应特性分析

悬链线立管会在半潜平台运动带动下出现涡激振动现象,对立管疲劳寿命造成影响.借助海工结构物动力分析软件Orcaflex建立立管模型,使用Iwan-Blevins尾流振子模型进行数值模拟.通过与试验结果对比验证了该方法的可行性.同时建立实尺度悬链线立管模型,并考虑背景海流的影响,分析平台垂荡、纵荡运动下的立管涡激振动响应和疲劳损伤.研究表明,平台运动产生的非定常流场将引起悬链线立管发生涡激振动现象,并在背景洋流激励的基础上增大疲劳损伤,在立管结构实际工程设计时应予以关注.     

立管涡激振动高阶响应研究

由于高阶响应对结构涡激振动存在显著影响,文中在考虑其影响的前提下利用经典Van der Pol尾流振子模型研究了立管在均匀流中的涡激振动特性。在尾流振子与结构模型的相互作用中同时考虑了一阶响应和高阶响应的影响,从而推导了一种考虑了一阶—高阶响应的涡激振动模型。并在此基础上,分析了考虑位移、速度和加速度三种不同右端耦合项作用下的响应特性。此外,还针对不同的质量阻尼比,比较了考虑高阶响应影响和未考虑高阶响应影响情况下系统的涡激振动特性。结果表明,考虑一阶—高阶响应的理论模型能更精确地反映该系统的振动特性。尾流振子和立管的运动幅值都有一定程度的增大。尽管计算结果显示高阶响应比一阶响应小若干个量级,但是不可以忽视高阶响应,因为它对一阶响应存在明显的影响。     

粗糙立管涡激振动响应特性数值模拟研究

海洋立管是连接浮式平台和海底井口的关键设备,涡激振动是其疲劳损伤的主要原因,海洋生物吸附等因素会影响立管表面的粗糙度,使涡激振动特性更加复杂.论文基于CFD(计算流体动力学)与CSD(计算结构动力学)的双向流-固耦合方法,引入粗糙壁面速度梯度修正模型,构建粗糙立管涡激振动数值计算程序,研究粗糙度、来流速度等参数对涡激振...     

Structural response of a flexible pipe with damaged tensile armor wires under pure tension

This article studies the structural response of a 6.0” flexible pipe under pure tension considering intact and damaged conditions. In the damaged condition, several wires of the tensile armor layers are assumed to be broken. A three-dimensional nonlinear finite element (FE) model devoted to analyze the local mechanical response of flexible pipes is employed in this study. This model is capable of representing each tensile armor wire and, therefore, localized defects, including total rupture, may be adequately represented. Results from experimental tests validate the FE predictions and indicate a reduction in the axial stiffness of the pipe, a non-uniform redistribution of forces among the remaining intact wires of the damaged tensile armor layers and high stress concentrations in the wires near the broken ones. Moreover, the FE model indicates that significant normal bending stresses may arise in the pressure armor and inner carcass due to an uneven pressure distribution on these layers. Finally, the results obtained are employed to estimate the pull out capacity of the studied flexible pipe.     

不同分汊比下分汊河道水流规律试验研究

分汊河道作为一种常见的河型,其水流特性在河床演变和航道维护中具有重大意义.以分汊河道为研究对象,通过对天然滩体概化进行物理模型试验,得到分汊河道的水流规律.结果表明,滩体前后各出现低流速区,两汊流速分布具有不对称性,两汊断面最大流速交替出现,沿程流速变化与滩体高程走势一致,滩体最高处出现流速最大值(在完全淹没条件下);...     

计及海底井口影响的隔水管涡激振动响应特性试验

在靠近海底井口位置,隔水管周围流场受井口系统的影响发生变化,流固耦合下涡激振动可能诱发隔水管在横流向(CF方向)更为剧烈的振动。为了研究受管土装置影响的隔水管涡激振动响应特性,使用自主设计的管土装置模拟海底井口,采用8 m柔性立管,进行了均匀流下单管和受管土装置影响的涡激振动对比试验。试验通过FBG光纤应变片测得应变信息,使用模态叠加法、FFT变换处理分析试验数据,对比分析2组隔水管的主导频率、应变时历与幅值谱、无因次振幅以及激励力系数等参数沿管径的分布情况。结果发现管土装置影响下,隔水管主导频率减小;CF方向涡激振动增大,振幅沿径向呈非对称特征;涡激振动振幅更大,隔水管受流场的激励与阻尼更为剧烈。     

基于数值计算的蒸汽管路支管与双弯头流噪声预报

运用有限元仿真软件对蒸汽管路中支管与双弯头相连的局部管路进行流噪声计算,分析支管与双弯头的间距对速度、压力和声功率级分布的影响规律。结果表明,流场中的最大噪声声功率级随着支管与双弯头间距的改变而小幅变化,变化幅度均不超过1.5%。蒸汽管路低噪声设计时的支管与弯头布置间距可在3~11倍管径范围内合理选取。     

粗糙床面水流运动特性试验与建模研究

山区河流的大尺度粗糙床面对水流运动特性的影响是航道整治工程中的重要问题。文章基于模型试验研究,并结合CFD计算分析的方法,研究了不同摆放密度的混凝土立方块体对有限水深流动的自由液面波动、纵向流速分布以及纵向水头损失的影响。在此基础上,文章根据水流阻力的影响因素,对传统经验公式开展了相关修正,并采用非线性多元回归法对经验修正系数进行了回归分析。研究结论表明:文章所提出的经验公式具有更加普遍的适用性,且经验公式的预测结果与试验和CFD计算结果相一致,对于航道整治工程具有重要参考价值。     

挠性接管安装工艺对系统振动传递影响试验研究

为了解挠性接管安装工艺状态对机械隔振系统振动传递特性的影响,选取某型船舶上典型的管路系统及挠性接管为研究对象,采用二分法进行了挠性接管不同安装工艺偏差对系统振动传递特性影响的试验研究。结果表明,在一定安装工艺偏差范围内,船体结构振级、马脚下部振级、挠性接管远设备端振级变化不大,在安装过程中应控制挠性接管工艺参数在规定偏差范围内。     

循环荷载下大管桩抗裂性能试验研究

大管桩由于具有较高的极限、抗裂弯矩值,在基础工程中得到广泛应用。在近海工程中,由于桩基受到长期波浪、水流或靠船撞击等水平动力荷载,因此必须考虑大管桩的疲劳性能。通过循环荷载下的抗弯试验对D1200B32-2型大管桩进行抗裂性能研究,得到了试验样本的疲劳损伤变化并利用lgS-lgN曲线预测疲劳极限弯矩值,为大管桩的疲劳强度设计提供一定的参考。     

拦河闸坝运行调度下水流运动特征研究

基于晋江下游潮汐河工模型,根据晋江河口拦河闸坝运行目的以及晋江下游河道潮汐特征,概化了3种典型的运行方式.与上游不同流量进行组合,进行了不同运行方式下对比试验,观测分析了建闸后不同运行方式下潮位、流场的变化特征以及对河床变化形成的影响.并综合研究成果,提出合理的调度运行方式和改善措施.     

牵引气体流量对舰船甲板升温效果影响实验

舰船甲板平台区域的气流牵引式循环升温新技术是为解决其防冻和除冰等相关问题研究的。本文利用专用的原理性验证模拟实验装置,初步研究了牵引气体流量对舰船甲板平台区域升温效果的影响。对牵引气体流量为0.5,1.5和3 L/min进行升温效果的对比实验。结果表明:在水面与甲板表面的初始温差相同(同为5.9～6.0℃)情况下,牵引气体流量会明显影响甲板平台区域的升温效果;牵引气体流量越多,甲板平台区域的升温幅度就越大,其升温效果也就越好,如牵引气体流量为3 L/min时甲板表面升温幅度约为1.7℃,而牵引气体流量为0.5 L/min时其升温的总幅度仅为0.5℃左右。所得结论可为这一新技术的深入研究提供必要的理论和实验基础。