發(fā)布時間：2019-09-15 21:35

【摘要】：海洋立管在洋流作用下產生渦激振動會引起疲勞破壞,現有研究表明海洋立管屬于低質量比結構,在研究其振動響應時必須考慮順流向的影響。在不同洋流形式作用下以及長徑比的增加,海洋立管的相應會出現行波效應,傳統的頻域預報模型無法準確地進行疲勞預報。因此,在時域內對順流向振動耦合作用下的低質量比圓柱渦激振動響應特性的研究,對于準確地預報海洋立管運動響應和疲勞損傷具有重大意義。本文基于順流向耦合作用下的圓柱渦激振動耦合振子模型,對低質量比剛性圓柱體的參數和大長徑比柔性圓柱體的響應特性進行分析。主要研究工作和結論如下:(1)長柔立管渦激振動存在行波特性,時域預報模型在計算長柔立管時具有優(yōu)勢,本文結合順流向振動,基于離散點渦法通過分析尾渦振子得到流體力,并將耦合振子模型擴展至雙自由度,得到考慮順流向耦合作用下的圓柱渦激振動耦合振子模型。(2)采用攝動法對耦合模型進行求解,得到隨約化速度變化的雙向無量綱振幅和相位變化。頻率鎖定在約化速度4~8范圍內,在頻鎖范圍內順流向和橫向的振動相位發(fā)生急劇增加,振動相位角在頻鎖范圍內存在先減小再增加的變化,始終小于180°。(3)針對剛性圓柱體渦激振動的約化速度、質量比和結構阻尼比等參數進行了討論分析。結果表明,質量比增加引起雙向振幅峰值減小,阻尼比增加引起振幅峰值減小;峰值出現在約化速度6.4處;改變運動軌跡形狀的主要因素是約化速度。綜合考慮流速、質量比和阻尼比對順流向的影響,發(fā)現在低阻尼比低流速下順流向占主導地位,而頻鎖范圍內橫向占主導地位;在高阻尼比下橫向振幅占主導地位。(4)提出一種預報長柔立管的三維計算模型,對均勻流、剪切流和階梯流等三種流動形式進行計算分析。結果表明,順流向振動模態(tài)階數為橫向的2倍;順流向振動頻率是橫向的2倍;均勻流的振動主頻率最高,剪切流的振動主頻率最低;立管的橫向振動頻率沿著軸向沒有變化,順流向振動頻率出現2倍和3倍的高階振動頻率;均勻流的振動頻率隨時間變化較穩(wěn)定,而階梯流和剪切流隨著時間會發(fā)生頻率的波動。(5)計算均勻流、剪切流、階梯流和半階梯流等四種流動形式在不同流速下的運動響應,通過判別CC模式和C模式的運動軌跡,對行波和駐波以及能量輸入區(qū)域進行了分析。行波效應主要發(fā)生順流向運動方向,在四種流動形式下均存在行波效應。高流速時,能量輸入區(qū)域為流速更大的區(qū)域,低流速時,為具有CC模式運動軌跡的區(qū)域。行波效應從能量輸入區(qū)域向能量輸出區(qū)域傳遞,高流速下邊界為駐波主導,行波從邊界向其他區(qū)域傳遞;能量輸入區(qū)域存在立管中間時,行波從中間向邊界傳遞。
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P756.2

【參考文獻】

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本文編號：2535938