本文關(guān)鍵詞：一般邊界條件下海底懸跨管道渦激振動特性研究

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【摘要】：海底管道是海底油氣資源輸送系統(tǒng)的生命線,由于不平坦的海底地勢和海底洋流的沖刷掏空作用,海底管道容易出現(xiàn)懸跨段。在外界來流的作用下,海底懸跨管道容易發(fā)生渦激振動,造成管道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的疲勞破壞,進(jìn)而引發(fā)重大的環(huán)境污染和巨額的經(jīng)濟(jì)損失。本文基于Euler-Bernoulli梁理論,根據(jù)一般邊界約束條件和結(jié)構(gòu)連續(xù)條件,構(gòu)建海底單跨管道和多跨管道的結(jié)構(gòu)振動方程;利用經(jīng)典的van der Pol方程尾流振子模型描述尾跡流場中的流固耦合作用,并依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對尾流振子模型中的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定;基于模態(tài)的正交性,對懸跨管道渦激振動的控制方程進(jìn)行解耦;采用Runge-Kutta法對解耦后的微分方程組進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,得到海底懸跨管道渦激振動的時(shí)域響應(yīng),經(jīng)過快速傅里葉變換得到頻域響應(yīng);將本理論模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果、DNV規(guī)范和VIVANA軟件計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果比較理想;基于本理論模型,分別分析了外界來流速度、管內(nèi)流體速度、管內(nèi)流體壓強(qiáng)、懸跨長度、軸向力、邊界約束條件和中間約束條件對海底單跨管道和多跨管道渦激振動特性的影響,得出以下結(jié)論:(1)隨著外界來流速度的不斷增大,海底懸跨管道的渦激振動響應(yīng)逐步由高階模態(tài)主導(dǎo),渦激振動響應(yīng)頻率也逐漸增大;(2)管內(nèi)流體流速對海底懸跨管道渦激振動的影響較小,而管內(nèi)流體壓強(qiáng)越大、懸跨長度越長、軸向力越小,海底懸跨管道越容易發(fā)生渦激振動,高階模態(tài)越容易被激發(fā),渦激振動的響應(yīng)頻率越小;(3)端部約束條件或者中間約束條件越強(qiáng)烈,海底懸跨管道越難發(fā)生渦激振動,高階模態(tài)越難被激發(fā),渦激振動的響應(yīng)頻率越大。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P756.2

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本文編號：1300485