基于柔性杆理论的脐带缆涡激振动数值模拟系统

针对目前海洋脐带缆分析软件缺乏的状况,本文基于MATLAB开发了脐带缆涡激振动数值模拟系统UCVIV-1.0.由于脐带缆的大变形和大转角会产生显著的几何非线性,脐带缆的静态平衡位形和整体力学响应计算采用了细长柔性杆模型,采用尾流振子模型模拟海流作用下的涡激力.该系统界面清晰友好,操作简单,适用于悬链线型脐带缆.选取了一组脐带缆参数,使用该系统进行了静力计算以及涡激振动计算;并将静力结果与采用国外商业软件OrcaFlex计算的结果进行了比对,发现结果吻合程度较高,在一定程度上验证了系统的可行性和准确性.本系统有望为脐带缆设计软件的开发提供借鉴.     

振荡流下悬链线式立管涡激振动特性研究

本文应用改进的尾流振子模型对振荡流下悬链线式立管的涡激振动特性进行了研究。首先基于向量式有限元建立了悬链线式立管振动控制方程,利用独立性原理和改进的尾流振子模型模拟时变的涡激升力,然后采用中央差分法求解立管的涡激振动响应。利用相应的试验结果验证了本文模型的有效性。最后,对振荡流下悬链线式立管涡激振动响应特性进行了分析。研究结果表明：振荡流下悬链线式立管响应幅值出现“振幅调制”现象,大KC(Keulegan-Carpenter)数下,进一步出现典型的“间歇涡激振动”现象;KC数对质点振动相图形状以及流固能量传递有显著影响;振荡流下立管响应峰值随流速呈“多峰”现象,KC=20时多峰现象更为明显;在小KC数范围内,较小的KC数会激励立管产生较大的涡激振动位移。     

预张力对两种脐带缆涡激振动影响的试验研究

本文应用模型试验的方法,研究了预张力对粘结和非粘结两种脐带缆涡激振动响应特性的影响规律.基于模态叠加法,将测得的应变数据转变为结构的位移响应;对比分析了各级预张力下两种脐带缆模型的位移响应、结构振动频率、锁振影响区域、模态占比等参数.结果表明:两种脐带缆模型锁振频率随着预张力的增加逐渐变大,非粘结锁振比粘结工况提前;远离锁振区域时,外流速变化对振幅的影响占主导地位,锁振区域附近,预张力变化对振幅的影响逐渐变大;随着流速增加,预张力变化对脐带缆横向振动模态占比影响逐渐变大;预张力较小时,粘结脐带缆振动模态随外流速转换相比于非粘结脐带缆滞后较多,预张力变大后,滞后程度减小.