海洋立管作為海底資源開發(fā)系統(tǒng)中重要且最薄弱的組成部分,在洋流作用下易發(fā)生渦激振動導(dǎo)致疲勞破壞,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失及環(huán)境污染,現(xiàn)已引起廣泛關(guān)注。在開采工程中,除復(fù)雜海洋環(huán)境,立管極易受內(nèi)部輸流流體影響,加劇疲勞破壞,并且內(nèi)外流共同作用下立管順流向與橫流向耦合效應(yīng)會導(dǎo)致立管動力學(xué)特性更加復(fù)雜,因此,研究含內(nèi)流立管雙向渦激振動特性并全面預(yù)測其疲勞壽命對海洋工程的安全運(yùn)營十分重要。本文在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,分析了渦激振動機(jī)理及常用疲勞壽命計(jì)算方法,結(jié)合已有研究結(jié)論,針對含內(nèi)流海洋立管雙向渦激振動問題,主要進(jìn)行了三方面的研究:（1）基于Euler-Bernoulli梁和改進(jìn)Van Der Pol尾流振子對立管渦激振動模型展開研究。綜合考慮管內(nèi)流體、橫向和順向耦合作用,建立了立管渦激振動預(yù)測模型;用Hermit插值函數(shù)和Newmark-β法在時(shí)域內(nèi)迭代求解響應(yīng)值;并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證,結(jié)果表明本文所建模型能有效預(yù)測海洋立管的渦激振動特性及響應(yīng)。（2）針對內(nèi)流流動下立管單自由度與雙自由度渦激振動特性展開研究。將模型運(yùn)用到不同內(nèi)流、海流、內(nèi)外流共同作用及頂張力等因素影響下立管振動特... 

【文章來源】：西安建筑科技大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

中國近海油氣田分布圖

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文10圖1.2本文研究技術(shù)路線圖1.4研究的創(chuàng)新本研究的創(chuàng)新點(diǎn)有以下三點(diǎn)：（1）針對目前大多數(shù)研究忽略管內(nèi)內(nèi)流流動和順流向渦激振動的不足，綜合考慮管內(nèi)流動流體、海流、頂張力等各種載荷和非線性拖曳力對立管渦激振動的影響及順流向與橫流向的耦合作用，選取VanDerPol尾流振子模型模擬流體對立管的作用力，構(gòu)建了較為精確的立管渦激振動動力學(xué)模型。并且與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好。

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文132海洋立管渦激振動研究綜述2.1渦激振動基本原理研究綜述2.1.1渦激振動機(jī)理分析在海洋工程領(lǐng)域當(dāng)中，由于海洋工程結(jié)構(gòu)的特殊性，基礎(chǔ)構(gòu)件大多采用圓柱形截面構(gòu)件。當(dāng)流體流經(jīng)圓柱形截面構(gòu)件時(shí)，會在圓柱形構(gòu)件后方上下兩側(cè)交替性地發(fā)生漩渦的生成和脫落，使得結(jié)構(gòu)在順流向和橫流向上產(chǎn)生流體力，有壓力差的存在使得結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動效應(yīng)，如圖2.1所示。同樣，結(jié)構(gòu)的振動效應(yīng)會反作用于流場對流體出現(xiàn)的漩渦頻率產(chǎn)生影響，一般情況下，我們把流場和結(jié)構(gòu)之間的相互作用引發(fā)的振動響應(yīng)問題稱為“渦激振動”。渦激振動響應(yīng)對海洋工程的安全性能影響較大，由于海洋工程的特殊性，流體荷載作為主要影響荷載對海洋結(jié)構(gòu)各類構(gòu)件都會產(chǎn)生影響，廣泛存在與海洋工程的各類組成構(gòu)件中。而隨著深海資源開發(fā)技術(shù)的要求不斷提高以及流體產(chǎn)生漩渦與脫落的過程十分復(fù)雜，因此必須深入了解尾流作用對結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的影響。圖2.1流體對圓柱體的作用示意圖（1）漩渦的形成當(dāng)流體流經(jīng)圓柱結(jié)構(gòu)時(shí)，由于流體突然發(fā)生形變，與結(jié)構(gòu)接觸面各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的壓力瞬時(shí)突變，質(zhì)點(diǎn)流動壓力突然增大，并沿著圓柱兩側(cè)向下傳遞，當(dāng)雷諾數(shù)Re較高時(shí)，即流體此時(shí)受到的外界擾動較大，質(zhì)點(diǎn)停滯壓力會出現(xiàn)在圓柱體兩側(cè)，由于圓柱體的阻隔作用，使得流體在圓柱體前緣發(fā)生分離現(xiàn)象，分離處圓柱體的反作用力作用于流場，流場發(fā)生反向運(yùn)動，此時(shí)流場與圓柱體的邊界層在分離點(diǎn)處脫落，并在圓柱體兩側(cè)形成剪切流場，傳遞給下游，并在圓柱體后緣產(chǎn)生尾流區(qū)，由于剪切流場層與外側(cè)流場層之間流速存在較大差異，導(dǎo)致兩側(cè)流場受力不均勻，容易形成漩渦且分布在剪切流場中，不斷向下游進(jìn)行傳遞，最終在尾流區(qū)

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：2998926