在海洋工程中,細(xì)長結(jié)構(gòu)經(jīng)常會面臨渦激振動問題。渦激振動響應(yīng)受到細(xì)長結(jié)構(gòu)自身參數(shù)和流場形式的共同影響。由于海上油田所處水深從十幾米到上千米范圍,開采量也各不相同,因此細(xì)長結(jié)構(gòu)的參數(shù)范圍變化很大。此外,不同海域的流場形式也不相同,除了常規(guī)的定常流,振蕩流也會導(dǎo)致渦激振動。上述情形都對渦激振動響應(yīng)預(yù)報的精確性提出了挑戰(zhàn)。渦激振動會導(dǎo)致疲勞累積損傷。在整個回復(fù)周期內(nèi),海流具有時變特性,這對渦激疲勞壽命的計算效率和精度都提出了挑戰(zhàn)。渦激振動除了帶來疲勞損傷,也具有獲取海流能量的潛力。當(dāng)細(xì)長結(jié)構(gòu)附加了俘能裝置,一些系統(tǒng)參數(shù)會在時域內(nèi)具備振蕩特性,使得渦激振動響應(yīng)與無俘能裝置時相比有很大不同。本文在歸納總結(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,將理論研究與工程應(yīng)用緊密結(jié)合,建立并研究了適用于不同海況和工況條件下的改進的渦激振動尾流振子模型。在此基礎(chǔ)上,探討了模型在疲勞和俘能分析中的應(yīng)用。本文具體研究如下:（1）針對定常流條件,推導(dǎo)并求解了應(yīng)用于細(xì)長結(jié)構(gòu)渦激振動的尾流振子模型。為使模型在各類輸入?yún)?shù)條件下都能取得精確結(jié)果,引入經(jīng)驗參數(shù)修正系數(shù)和模型區(qū)分準(zhǔn)數(shù)的概念,建立了“結(jié)構(gòu)參數(shù)-區(qū)分準(zhǔn)數(shù)-修正系數(shù)-約化速度”的經(jīng)驗... 

【文章來源】：中國石油大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：118 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圓柱渦激振動漩渦脫落（Ａ為分離點；Ｂ為剪切層；Ｃ為尾流區(qū)）

圖 1.3 卡門渦街Fig. 1.3 Karman vortex street體兩側(cè)交替，周期性發(fā)生和脫落的。這種流場形式將作用在圓柱體上的脈動壓差，這被稱之為渦激升力游泄放時，它對柱體的渦激升力降低，而下一個漩渦力。這樣，不斷交替脫落的漩渦就會產(chǎn)生周期性的變周期與結(jié)構(gòu)自振周期接近時，流固耦合效應(yīng)就會共振現(xiàn)象就會被激發(fā)。當(dāng)共振發(fā)生時，結(jié)構(gòu)的振動幅動又會反過來影響流場，造成流體作用力的變化。最會達到一種動態(tài)平衡，即結(jié)構(gòu)振動頻率與旋渦脫落定”現(xiàn)象。此時，圓柱結(jié)構(gòu)在水中的振動頻率與漩渦且，漩禍脫落的頻率在水流流速一定范圍內(nèi)并不遵循的斯特勞哈爾定律（見式（1.2）），這種現(xiàn)象也被稱時，漩渦的強度增大，漩渦脫落產(chǎn)生的作用力更加

圖 1.4 St 隨 Re 及表面粗糙度的變化Fig. 1.4 St changes with Re and surface roughness Re 以及圓柱的表面粗糙度有關(guān)。對于固定的剛性圓柱，實驗測得示[6,7]。對比圖 1.4 和表 1.1 可知，在次臨界階段，St 沒有太大的漩渦脫落較為規(guī)則，St 穩(wěn)定在 0.20 附近。當(dāng)雷諾數(shù)進入過渡段粗糙度分散。隨后進入超臨界階段后，St 數(shù)大于 0.2 并且開始上）約化速度速度表示一個振動周期內(nèi)水流沿流向的無量綱距離。如式（1.3RnUUf D 表示結(jié)構(gòu)在水中的固有頻率。式（1.2）和（1.3），可發(fā)現(xiàn)約化速度的表達式與斯特勞哈爾頻，當(dāng) fn=fst時，約化速度即為 St 的倒數(shù)�；诖�，約化速度可以渦激振動是否發(fā)生“鎖定”現(xiàn)象，也可以判定是否發(fā)生明顯的渦

【參考文獻】：
期刊論文
[1]帶螺旋側(cè)板立管兩向渦激振動的試驗研究[J]. 周陽,黃維平,楊斌,潘沖,宋澤坤.  振動與沖擊. 2018(17)
[2]基于改進尾流振子模型的柔性圓柱體渦激振動響應(yīng)特性數(shù)值研究[J]. 高云,譚暖,熊友明,鄒麗,宗智.  振動與沖擊. 2017(22)
[3]我國海洋能商業(yè)化應(yīng)用取得突破[J]. 呂銀鈴.  能源研究與利用. 2017(05)
[4]大坡度海底管道懸跨及疲勞分析[J]. 康莊,李平,宋儒鑫,曹先凡,劉振紋.  船海工程. 2015(06)
[5]影響從渦激振動中獲取能量的參數(shù)研究[J]. 羅竹梅,張立翔.  振動與沖擊. 2014(09)
[6]PREDICTION OF VORTEX-INDUCED VIBRATION OF LONG FLEXIBLE CYLINDERS MODELED BY A COUPLED NONLINEAR OSCILLATOR:INTEGRAL TRANSFORM SOLUTION[J]. GU Ji-jun,AN Chen,LEVI Carlos,SU Jian.  Journal of Hydrodynamics. 2012(06)
[7]采用改進尾流振子模型的柔性海洋立管的渦激振動響應(yīng)分析[J]. 陳偉民,張立武,李敏.  工程力學(xué). 2010(05)
[8]Flow-induced vibrations of long circular cylinders modeled by coupled nonlinear oscillators[J]. GE Fei, LONG Xu, WANG Lei & HONG YouShi State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China.  Science in China（Series G:Physics,Mechanics & Astronomy）. 2009(07)

博士論文
[1]海流能發(fā)電渦激振動驅(qū)動的水動力特性及能量獲取研究[D]. 羅竹梅.昆明理工大學(xué) 2016
[2]深水鉆井隔水管動力特性及渦激振動響應(yīng)實驗與理論研究[D]. 毛良杰.西南石油大學(xué) 2015
[3]低雷諾數(shù)下均勻流和振蕩流共同作用的圓柱體受迫振動和渦激振動研究[D]. 鄧躍.中國海洋大學(xué) 2014
[4]深海立管參激—渦激聯(lián)合振動與疲勞特性研究[D]. 張杰.天津大學(xué) 2014
[5]深水鉆井隔水管完整性及臺風(fēng)事故應(yīng)對策略研究[D]. 劉秀全.中國石油大學(xué)(華東) 2014
[6]細(xì)長結(jié)構(gòu)的流致振動及其俘能研究[D]. 代胡亮.華中科技大學(xué) 2014
[7]多根控制桿對細(xì)長柔性立管渦激振動抑制作用的實驗及數(shù)值研究[D]. 吳浩.大連理工大學(xué) 2013
[8]雙自由度渦激振動的渦強尾流振子模型研究[D]. 秦偉.哈爾濱工程大學(xué) 2013
[9]立管渦激振動的實驗研究與離散渦法數(shù)值模擬[D]. 宋吉寧.大連理工大學(xué) 2012
[10]管土耦合邊界下海底懸跨管道渦激振動研究[D]. 艾尚茂.哈爾濱工程大學(xué) 2010

碩士論文
[1]深水隔水管渦激振動控制裝置的數(shù)值模擬[D]. 譚波.上海交通大學(xué) 2009
[2]流速分層流場中細(xì)長柔性立管渦激振動實驗研究[D]. 姚宗.上海交通大學(xué) 2008



本文編號：3562359