隨著深海工程不斷向深水區(qū)域發(fā)展,海洋立管的安全性問題日益突出,在不同來流作用下,立管都會發(fā)生明顯的渦激振動,這會加速結(jié)構(gòu)的疲勞損傷,嚴重威脅平臺系統(tǒng)的作業(yè)安全和工作性能。 本論文采用一種全新瞬態(tài)耦合方法模擬柔性立管的振動效應(yīng),該方法完全考慮流體和固體之間的相互作用,把立管作為一個具有一定密度和彈性模量的柔性構(gòu)件,利用商業(yè)軟件FLUENT和ABAQUS對立管尾流及振動特性進行數(shù)值模擬,并利用商業(yè)軟件MPCCI在相同耦合面的基礎(chǔ)上進行數(shù)據(jù)插值,實現(xiàn)立管受力和結(jié)構(gòu)變形之間的動態(tài)數(shù)據(jù)交換。 本論文成功地模擬了均勻來流下小長徑比立柱以及大徑長比深海立管在均勻來流時的流固耦合振動特性。研究成果表明:小長徑比立柱主要為低階模態(tài)的振動,來流對其產(chǎn)生的渦激振動幅值較小,特別是軸向振動幅值很小,可以不予考慮。 大長徑比柔性立管的橫向振動響應(yīng)對其尾渦動力特性會產(chǎn)生顯著影響,包括會出現(xiàn)渦泄頻率顯著增大和多頻渦泄等復(fù)雜現(xiàn)象。盡管來流是均勻的,但立管的橫向振動響應(yīng)會出現(xiàn)明顯的多模態(tài)特征,除了包含有與渦泄頻率一致的振動響應(yīng)外,還包含有其它頻率成分的振動響應(yīng)。特別地,還會出現(xiàn)多種高階模態(tài)振動共存的非對稱復(fù)雜彎曲變形等...

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖2-3尾流形態(tài)與雷諾數(shù)Re關(guān)系.Fig.2-3TherelationshipbetweenthewakepatternandtheReynoldsnumberRe.

近年來大量的研究和實驗表明，曳力和升力一樣對立管的疲勞破壞有影響，不可忽略。在低雷諾數(shù)情況下，立管疲勞主要由橫向振動引起，振動在模態(tài)下發(fā)生，且主要由張力控制。在高雷諾數(shù)情況下，立管縱向振動與橫向振疲勞影響均不可忽略，振動在高階模態(tài)下發(fā)生，主要由彎矩控制[47-49]。.3尾流特....

圖2-4雷諾數(shù)Re與Strouhal數(shù)St之間的對應(yīng)關(guān)系.Fig.2-4TherelationshipbetweentheStrouhalnumberStandthetheReynoldsnumberRe.

3×10~5×10時，稱為臨界狀態(tài)（criticalstate），此時拖曳力明顯降低。當(dāng)雷在5×105~3×106時，稱為過渡狀態(tài)（transcriticalstate），此時分離點后移，漩放紊亂，光滑剛性立柱所受的升阻力有增大的趨勢。當(dāng)雷諾數(shù)大于3×106時....

圖2-5三種渦模態(tài)示意

來流以一定的速度流過柱體產(chǎn)生渦激振動，其尾渦會形成不同的模態(tài)。研究表明：柱體尾渦形態(tài)主要有三種不同的模態(tài)特征，包括2S模態(tài)、2P模態(tài)和P+S模態(tài)。在2S模態(tài)的情形，在每半個周期內(nèi)分別在立管兩側(cè)泄出一個單渦，與經(jīng)典的卡門渦街類似；在2P模態(tài)的情形，在每半個周期內(nèi)分....

圖2-6升力系數(shù)與相對振幅曲線圖

22圖2-6升力系數(shù)與相對振幅曲線圖。其中，:L/D=48;Δ:L/D=15;Ο:L/D=13.8Fig.2-6TherelationshipbetweentheLiftCoefficientandtheRelativeAmplitude.折合速度及....

本文編號：3914621