深海顶张力立管涡激振动响应及参数影响

综合考虑立管顺流向及横流向的耦合运动,基于van der Pol理论建立深海顶张力立管涡激振动分析模型,采用有限单元法及Newmark-β法编程求解。利用所建模型对深海实尺寸顶张力钻井立管非锁频工况下的涡激振动响应及参数影响进行分析,结果表明:立管两向均表现为高阶、多模态振动形式,顺流向振动最大峰值频率约为横流向的2倍;相比均匀流,剪切流下立管振动位移及参与振动模态数均增加,立管振动主控模态发生变化;海流流速及顶张力的变化改变了立管振动位移、参与振动模态数及主控模态;随着立管外径增加,立管振动最大峰值频率及参与振动模态数均不断减小,立管振动位移变化较小。     

表面粗糙度对立管涡激振动响应影响的试验研究

应用模型试验的方法,研究了表面粗糙度对立管涡激振动响应特性的影响规律,对不同粗糙度条件下立管所受拖曳力、升力、端部张力、漩涡泄放频率、结构振动响应频率、位移响应等参数的变化规律进行了对比分析。结果表明:与立管横向振动相比,立管流向振动更早出现锁定现象,因此当折合速度较低时,立管流向振动的涡激振动响应要大于横向振动。立管张力均存在两个峰值频率,其中一个峰值频率为主导频率,与拖曳力主导频率吻合,由流向涡激振动所产生;另一个峰值频率为主导频率的一半,与升力主导频率吻合,由横向涡激振动所产生。因此可以看出:横向涡激振动与流向涡激振动通过张力作用而相互影响。与光滑立管相比,表面粗糙度降低了立管的涡激振动位移响应,减小了涡激振动的锁定区域,但提高了漩涡泄放频率。对于不同粗糙度下的粗糙立管,随着粗糙度的增加,立管的锁定区域开始点逐渐提前,锁定结束点逐渐推迟,锁定区域逐渐变宽。     

表面粗糙度对立管涡激振动响应影响的试验研究

应用模型试验的方法,研究了表面粗糙度对立管涡激振动响应特性的影响规律,对不同粗糙度条件下立管所受拖曳力、升力、端部张力、漩涡泄放频率、结构振动响应频率、位移响应等参数的变化规律进行了对比分析。结果表明：与立管横向振动相比,立管流向振动更早出现锁定现象,因此当折合速度较低时,立管流向振动的涡激振动响应要大于横向振动。立管张力均存在两个峰值频率,其中一个峰值频率为主导频率,与拖曳力主导频率吻合,由流向涡激振动所产生;另一个峰值频率为主导频率的一半,与升力主导频率吻合,由横向涡激振动所产生。因此可以看出：横向涡激振动与流向涡激振动通过张力作用而相互影响。与光滑立管相比,表面粗糙度降低了立管的涡激振动位移响应,减小了涡激振动的锁定区域,但提高了漩涡泄放频率。对于不同粗糙度下的粗糙立管,随着粗糙度的增加,立管的锁定区域开始点逐渐提前,锁定结束点逐渐推迟,锁定区域逐渐变宽。     

大长细比柔性立管涡激振动数值模拟

近年来,随着油气开发逐步向深海发展,立管的长细比可以达到1 000甚至更高.大长细比的立管的振动形态与短的刚性圆柱的振动具有较大的差异,这使得对大长细比立管涡激振动预测的需求较为迫切.文中基于切片理论,通过使用径向基函数法作为OpenFOAM中的动网格策略,模拟了长细比为1 000的柔性立管在横流向和顺流向的振动,其顺流向最大时均偏移量达8个立管直径.数值模拟重现了高阶主控模态及主控模态的频繁变换等大长细比柔性立管的涡激振动特性;文中还将所得结果与长细比为500,750的结果进行了比较,就长细比对立管涡激振动的影响进行了分析.     

钢悬链线的涡激振动分析

文章介绍了立管在不同流剖面下的涡激振动实验,然后给出了简支钢悬链线的静态方程和基于能量平衡原理的涡激振动频域预报理论.之后提出把钢悬链的参数转化为顶部张紧钻井隔水管的参数的思想.通过预报顶部张紧钻井隔水管的涡激振动响应,得到钢悬链线的涡激振动响应.文中还研究了不同的顶部预张力和不同流剖面对钢悬链线的涡激振动响应影响.结果表明立管的固有频率和模态数的关系足线性的,并且立管的均方根位移和激励的模态数不仅与流速的大小和变化范围有关,还与顶部预张力有关.     

海洋平台垂荡作用下立管的非线性涡激振动特性研究

立管是海洋工程中常用的一种典型细长体结构物，研究立管在海洋平台垂荡和内外流体共同作用下的非线性动力学特性具有重要的学术意义和应用价值。本文采用Hamilton原理和Galerkin方法建立了顶张力立管的二维非线性动力学模型，将平台垂荡运动模拟为随时间变化的顶端张力，研究海洋平台运动和立管非线性涡激振动的耦合位移响应。研究结果显示，增加顶张力可以改变结构的固有频率，在可变张力作用下，立管的位移响应在相邻模态之间可以相互转换。通过与已有实验数据进行对比，验证了本文分析方法和数值计算结果的合理性。本文研究结果可为海洋立管的非线性涡激振动分析提供理论参考。     

均匀流作用下双柔性异管径立管响应特性试验研究

本文进行了不同水动力外径双柔性立管的均匀流干涉试验研究.试验中双管布置形式分别为并列形式、串列形式和交错形式,其中并列形式及交错形式双管壁面间距为3D～5D,串列形式壁面间距为3D～8D,两立管对应雷诺数分别为8500和5400.试验采用布拉格分布光纤采集立管表面应变时历信息,进一步通过模态叠加法重构立管涡激振动位移响应.同时,本文分别对两立管横流向沿管长方向的位移RMS值和振动频率,以及横截面位移轨迹和顺流向位移最大值进行了分析研究.研究结果分析表明,并列形式两管发生干涉影响的范围与管径大小有关,管径越大干涉范围越大;交错形式下,处于尾流中的立管同时受到涡激振动和尾流诱导振动的影响;而串列形式某些管间距布置形式下,处于尾流中的立管主要受尾流诱导振动的影响.     

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。     

顶张力立管涡激振动抑振装置性能比较

为降低甚至消除漩涡脱落引起的顶张力立管振动响应从而提高其疲劳寿命,设计了五种型式的涡激振动抑振装置,并在中国海洋大学物理海洋实验室对装有抑振装置的模型立管进行了实验研究.得到了模型立管在几种不同流速下顺流向和横向涡激振动应变时程曲线,同时为了对比分析也测量了没有安装抑振装置的裸管的响应曲线.对比分析了三种外流流速下抑振装置对立管涡激振动响应的影响,结果表明各种抑振装置对立管顺流向和横向涡激振动幅值和频率都有不同程度的降低,但其影响和有效性各不相同.     

串列双立管涡激振动抑制研究

实际工程中深海立管常以管群的方式出现,当立管彼此相互靠近时,会发生流场干涉效应。为研究立管间相互干涉作用及螺旋侧板抑制双立管涡激振动的效果,本文基于Ansys Workbench平台,采用双向流固耦合技术对Re=7 800均匀来流下长径比为482的串列双立管进行三维数值模拟。结果表明,立管轴间距为5D时立管间有完整的涡旋脱落,下游立管在上游立管的尾流诱导下产生振动,双立管横向振动锁定在二阶模态,且振动方向相反。附加螺旋侧板能有效削弱双立管振动频率,降低上游立管横向振动幅值,但下游立管两向位移响应变化不大。     

轴系振动测量分析仪的研制及实船应用

以一片单片机为核心，可编程控制器、A／D转换器及辅助电路为支持，用便携机键盘控制轴系双通道的扭振或纵振或回旋振动同步测量及分析，是集成度高，功能完备的轴系振动测量分析仪器。本文介绍了轴系振动测量的原理、方法；仪器的硬件、软件设计及应用实例。     

某船船体模态及振动测试

在振动理论与模态参数识别的理论基础上,对某舰艇整体的模态和振动进行测试,并对其动态特性进行评估,得出对工程实际有应用价值的结论,为船舶使用、预防性修理及其动态设计提供参考依据。     

新型分布式振动阻尼器的理论和实验研究

研究了分布式振动阻尼器，在理论分析的基础上，对其宽带阻尼放大作用进行了理论计算和多 方案的实验验证，理论计算和模型试验的结果进一步说明了分布式振动阻尼器相对于传统的集中式阻 尼器而言，能大大增加振动能量的耗散，具有进一步减振的优点。     

9000t成品油船局部振动评估及改进方法

船舶局部振动是结构设计过程中的一个重要参考指标。局部振动不但危害船员的身体健康,影响船上设备的正常工作,过度的振动会引起结构的疲劳破坏。因而在船舶设计初期,准确计算和预报船体结构的局部振动特性并有效控制有害振动,提高船舶设计水平具有重要意义。本文首先研究采用有限元法分析船体局部振动时需要考虑的技术因素和计算方法,并应用该方法对9 000 t成品油船的自由振动和受迫振动进行分析研究以评估其振动情况,对振动过高区域进行通过改变局部结构方式达到减振目的。     

动力吸振器在舰艇电动泵上的减振应用分析

文章从理论角度分析带动力吸振器的电动泵振动控制原理,并在此基础上阐述使用与,维修的基本要求,从而为维修工作提供指导。     

基于有限元动力计算的基座隔振性能研究

为了进一步分析基座在船舶减振降噪中的作用,根据阻抗失配原理设计建立4种基座模型,并用数值方法对其隔振效果进行研究。隔振效果用外板均方速度级、加速度振级落差和传递率表示,结果表明桁架式基座在低频段具有较好的隔振效果,槽钢减弱了基座在中频段的隔振效果。     

Vibration reduction of main hulls using semiactive absorbers

A semiactive-type absorber for vibration reduction of main hull girders was investigated. The semiactive absorber system includes a moving mass, support springs, dynamic dampers, and a control system. Only a small electrical power supply is needed for control of the damper valve and the operation of the control system. In this paper, the dynamics of the ship's hull and the constraints of the semiactive absorber are described first. Then, a suboptimal operation law is derived based on the properties of the absorber and the theory of optimal vibration reduction. The numerical simulation results show that the semiactive absorber is more efficient in hull vibration reduction than the passive absorber during critical periodical excitation from the propeller. The vibration caused by multifrequency excitation can also be suppressed by the semiactive absorber. In terms of effectiveness, the semiactive absorber is almost as effective as the active absorber. In particular, the performance of the semiactive absorber is excellent in the reduction of high-frequency fluctuations.List of symbols C _h ⁽ⁱ⁾ damping matrices of the segmenti - C _sb structural damping coefficient of bending - C _ss structural damping coefficient of shear - C _v hydrodynamic damping coefficient - EI flexural rigidity - f _a force generated by the absorber - f _ad damper force of the semiactive absorber - f _ext total excitation force - F _ext ⁽ⁱ⁾ generalized load vector in segmenti - teÎ the identity matrix - J performance index - J _r rotatory moment of inertia - k _a stiffness coefficient of the absorber - K _h ⁽ⁱ⁾ stiffnes matrices of the segmenti - K _s A _s G _s shear rigidity - k _v hydrodynamic spring coefficient - l _k length of the segmentk - m _a mass of the absorber - M _ext total exciting moment - M _h ⁽ⁱ⁾ mass matrices of the segmenti - m _v mass moment of inertia - w _h deflection of the center line of the hull - W _h ⁽ⁱ⁾ vertical translation and shear slope of nodes in segmenti - ¯ w _d displacement of the absorber mass relative to the hull - ¯ w _a absolute displacement of the absorber mass - ¯ w (a, t) absolute upward displacement of the hull atx=a - slope deflection due to bending - slope deflection due to shear - Dirac delta function - _k ⁽ⁱ⁾ Kronecker delta function - _k distribution function - shape function vector     

某V型高速柴油机振动测试及动力学分析

针对某艇主机12缸V型高速柴油机振动过大的问题,开展柴油机动力学分析与振动测试,得到各主要工况下的振动响应。研究结果表明,柴油机振动干扰成分丰富,且分布在很宽的频域上,主要干扰频率为基频的0.5阶、1.0阶及3.0阶,设计时应重点考虑隔振系统刚度与主要干扰阶次的关系。对主机振动过大的原因进行分析,结果表明引起共振的干扰频率、存在激励力或结构局部共振、柴油机结构轻量化及刚性较低是主要影响因素,对柴油机减振设计具有指导意义。     

轴系扭转振动测试技术研究综述

对扭转振动测试装置的发展历史作了简要的介绍,从接触式和非接触式两方面对轴系扭转振动测试技术领域的研究成果进行了阐述,并分析了其优点和缺点。通过对相关测试方法的论述,希望对后续扭转振动测试技术研究起到一定的参考和指导作用。     

9000m~3耙吸挖泥船全船减振降噪措施简析

针对耙吸挖泥船的振动和噪声危害问题,介绍9 000 m3耙吸挖泥船采取的减振降噪措施。主要包括船体线型的改进,机电设备的减振降噪措施以及避免共振所采取的提高结构刚度的措施等。