复杂悬跨条件下的管线涡激振动分析(英文)

Spans occur when a pipeline is laid on a rough undulating seabed or when upheaval buckling occurs due to constrained thermal expansion. This not only results in static and dynamic loads on the flowline at span sections, but also generates vortex induced vibration (VIV), which can lead to fatigue issues. The phenomenon, if not predicted and controlled properly, will negatively affect pipeline integrity, leading to expensive remediation and intervention work. Span analysis can be complicated by: long span lengths, a large number of spans caused by a rough seabed, and multi-span interactions. In addition, the complexity can be more onerous and challenging when soil uncertainty, concrete degradation and unknown residual lay tension are considered in the analysis. This paper describes the latest developments and a .state-of-the-art. finite element analysis program that has been developed to simulate the span response of a flowline under complex boundary and loading conditions. Both VIV and direct wave loading are captured in the analysis and the results are sequentially used for the ultimate limit state (ULS) check and fatigue life calculation.     

Time domain approach for coupled cross-flow and in-line VIV induced fatigue damage of steel catenary riser at touchdown zone

Existing VIV prediction approaches for steel catenary riser (SCR) typically employ truncation model without considering the interaction between the SCR and soil, and only allow for cross-flow (CF) VIV. In this study, a time domain approach accounting for the SCR-soil interaction is proposed to predict the CF and in-line (IL) VIV induced fatigue damage of a SCR at touchdown zone (TDZ). The hydrodynamic force resulting from the vortex shedding is modeled using the forced oscillation test data of a rigid cylinder and an empirical damping model, which are defined as functions of the non-dimensional dominant frequency and amplitude of the SCR response. Due to the coupling effect, the IL VIV force is magnified based on the CF VIV amplitude. By combining a linear hysteretic interaction model with a trench shape model, some particular phenomena during the vertical SCR-soil interaction are captured and qualitatively discussed, while for the horizontal direction, the seabed is simplified as nonlinear spring model. Based on these models, parametric studies are conducted to broaden the understanding of the sensitivity of VIV induced fatigue damage to the seabed characteristic. The results indicate trench depth, vertical and lateral stiffness, and clay suction are significantly affect the VIV induced maximum fatigue damage at TDZ.     

基于试验的型材冷弯成形线型特征研究

船舶型材冷弯成形加工过程中,逐段进给弯曲加工方式下塑性变形区的成形线型对于整体加工质量和效率的提高具有重要意义.针对成形线型的特点,采用正交多项式最小二乘拟合方法,分别拟合成形线型中的直线和曲线部分,分析两部分线型的特征.进一步,采用椭圆和抛物线逼近线型的曲线段,分析塑性变形区的线型特征,取得了有意义的结论.     

泥水盾构水平直管内石碴起动速度研究

泥水盾构环流系统是将开挖下的石碴从掘进界面输送出来的核心系统,石碴在环流管道内的流动特性是决定石碴能否顺利输送的关键。论文基于计算流体力学和离散单元法建立泥水盾构环流系统水平直管内石碴运动模型,研究石碴形状系数、等容粒径和数量对石碴起动速度的影响。仿真研究结果表明： 在石碴等容粒径相等情况下,不同形状的石碴起动速度大小顺序为： 椭球体>扁平状>近球形;当石碴等容粒径为38.5、42.5、53.3、56.2、58 mm时,石碴起动速度分别为0.48、1.06、1.26、2.36、4.7 m/s,随等容粒径的增大呈指数增大;随数量的增多呈对数增长,多颗粒起动速度随数量的增多增幅较为平缓,最大增幅为21%。     

某抽水蓄能电站侧式进/出水口体型优化数值模拟

对某抽水蓄能电站侧式进/出水口进行三维数值模拟,发现原体型存在不利水流现象。通过将扩散段底板坡度6%调整为2%,得到优化体型,以期望满足水力学要求。优化体型计算结果表明,减小扩散段底板坡度对进/出水口的水流流态、拦污栅断面的流速分布和不均匀系数、进出水口的水头损失等均有一定的改善作用。     

车轮型面位置偏移对车辆动力学性能的影响

为了分析LMA车轮型面位置偏移对车辆动力学性能的影响,设计不同型面位置偏移量的车轮,通过轮轨接触分析和车辆动力学计算,分析了车轮型面位置偏移对轮轨几何接触特性、车辆临界速度和曲线通过性能的影响.结果表明,较小的偏移量对临界速度影响不大,当偏移量达到1.75 mm后临界速度急剧下降.以均衡速度通过曲线时,型面偏移量的增大对轮轨横向力的影响不大,但会使轮对横移量的最大值显著增大.与反相偏移相比,同相偏移对车辆在直线上的临界速度及曲线上的横移量影响更大.因此,车轮型面位置偏移对车辆动力学性能有较大影响,应当避免发生,LMA车轮型面偏移量最大不得超过1.75 mm.     

轨道交通桥梁运营期桥面线形监测数据分析

轨道交通桥梁活载具有单一、变化幅度小等特点,为合理有效评价桥梁结构在运营期是否安全,通过在桥面安装线形监测系统对梁桥面线形进行连续观测.结合轨道交通桥梁桥面线形具有明显的温度长周期效应及活载短周期效应的特点,将桥面线形进行解耦,分解为温度效应线形及活载效应线形,与有限元分析结果进行对比,发现测量值与分析值吻合程度高,且稳定性较好,因此选择单列轻轨列车通过桥梁的线形峰值作为桥面线形阈值报警系统的计算基准值,实现桥面线形监测的实时、自动化报警功能.     

沥青路面结构有限元建模计算误差研究

建立轮胎接地形状分别为圆形和矩形两种沥青路面结构有限元模型,并对建模计算结果误差进行对比分析,并与HPDS设计程序计算结果进行比较。结果表明,沥青路面轮载接地形状对路表的影响大于面层层底和基层层底,对剪应力的影响比较大,但这些结果对HPDS设计的结果影响不大,基本接近,矩形形式的荷载结果更接近HPDS程序设计结果。说明轮胎接地形式在有限元分析中采用矩形形式是可行的。     

复杂形状船体剖面水动力系数计算方法研究

基于势流理论的源汇分布法适合计算双体船,小水线面船等特殊形状的剖面,对常规船型的计算精度满足工程精度要求,但对粘性效应较明显的非常规船型计算精度较差。文章借助计及粘性效应的CFD软件Fluent,模拟物体在水池中作受迫振荡,采用RANS方法计算复杂形状船体剖面的简谐振荡力,对该力的拟合分解可以得到水动力系数。通过对首部形状较复杂的船型纵向运动预报结果比较表明采用RANS方法计算剖面水动力系数由于考虑了粘性效应,对阻尼系数计算更符合实际物理特征。因此对粘性影响较大的复杂船型文中提出的方法优于常规势流算法。     

基于多目标遗传算法的潜器外形优化设计

计算流体力学软件应用于潜水器外形优化设计时,精度虽高,但效率低下。因此研究了试验设计和响应面模型技术,提出了一个潜水器外形优化设计的策略。其基本思想是:首先应用Gambit软件的日志文件建立起水动力分析模型,然后根据设计要求选取设计变量,用试验设计的方法在设计变量空间里选取样本点并进行阻力性能计算,得到各样本点的响应,并建立阻力、包络体积的二阶多项式模型响应面模型。潜水器设计时需要考虑能源与设备布置要求,因此将阻力与体积作为艇型优化的两个目标,研究了多目标遗传算法,并给出了Pareto最优解集。结果表明,文中采用近似模型的艇型优化过程,不但效率得到提高,精度也能得到保证,而且由CFD结果建立的阻力估算公式可以为后续设计带来很高的参考价值。