發(fā)布時間：2017-12-20 10:01

  本文關(guān)鍵詞：圓柱體渦激振動響應(yīng)特性尾流振子模型分析　出處：《西南石油大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：海洋中的結(jié)構(gòu)物在海流的作用下會產(chǎn)生疲勞損傷,而這種作用就是渦激振動引起的。那么在海洋工程領(lǐng)域中主要有海洋立管,系泊、電纜等,這些發(fā)生渦激振動的結(jié)構(gòu)物大多數(shù)都是圓柱形結(jié)構(gòu)。隨著海洋油氣田的開發(fā),對于立管系統(tǒng)和系泊系統(tǒng)應(yīng)用在油氣田的開發(fā)和生產(chǎn)上,那么就要保證系統(tǒng)的可靠性和安全性。因此研究圓柱形結(jié)構(gòu)物的渦激振動響應(yīng)特性是非常有必要的,由其在復(fù)雜流場下流體和固體耦合特性的研究。本文主要研究的是圓柱體單自由度渦激振動的問題而進(jìn)行的一系列研究,其中包括柔性圓柱體和剛性圓柱體的渦激振動問題。使用改進(jìn)的尾流振子經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測剛性圓柱體和柔性圓柱體的橫向渦激振動響應(yīng)特性。論文的主要內(nèi)容和成果包括:(1)主要從實(shí)驗(yàn)法、計(jì)算流體力學(xué)法和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头ㄟM(jìn)行介紹國內(nèi)外研究圓柱體渦激振動的現(xiàn)狀,以及關(guān)于渦激振動的一些基本現(xiàn)象和基本物理參數(shù),歸納出幾種常用的渦激振動半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?2)基于改進(jìn)的尾流振子模型對剛性圓柱體渦激振動響應(yīng)特性進(jìn)行了數(shù)值研究。先分別建立了剛性性圓柱體結(jié)構(gòu)振子模型以及尾流振子模型,隨后將二振子模型進(jìn)行耦合。討論了通過改變約化速度、質(zhì)量比、阻尼比等這些參數(shù),對剛性圓柱體的振幅比、頻率比以及相位角等參數(shù)進(jìn)行了分析。(3)針對柔性圓柱體渦激振動響應(yīng)特性進(jìn)行了數(shù)值研究。選取了在均勻流流場和拋物線流流場中進(jìn)行研究。同樣建立了柔性圓柱體結(jié)構(gòu)振子模型和尾流振子模型,然后將二振子模型進(jìn)行耦合。研究中通過改變無量綱張力、細(xì)長比以及質(zhì)量比等無量綱參數(shù),對柔性圓柱體的振幅比、相位角、頻率比以及位移響應(yīng)時間特性等參數(shù)進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明:①柔性圓柱體渦激振動響應(yīng)特性呈現(xiàn)典型的行波特性;②在均勻流流場中,柔性圓柱體的行波傳播速度隨著無量綱張力的增加而呈現(xiàn)上升趨勢;行波傳播速度隨著細(xì)長比的增加呈下降趨勢;隨著無量綱張力以及細(xì)長比的增加,位移與升力之間的相位角會發(fā)生突變,突變點(diǎn)均發(fā)生在振動頻率經(jīng)過固有頻率處。③在拋物線流流場中,柔性圓柱體的行波傳播速度由中間向兩側(cè)發(fā)散,張力大小的不同影響速度傳播的快慢;隨著細(xì)長比的增加到100后傳播速度越來越慢。(4)最后對兩端鉸接的細(xì)長柔性圓柱體渦激振動響應(yīng)特性進(jìn)行了數(shù)值研究。研究中選取線性剪切流流場,通過改變無量綱張力、質(zhì)量比、細(xì)長比以及剪切系數(shù)這些參數(shù),對柔性圓柱體的振幅比、頻率比、尾流振子幅值以及相位角等參數(shù)進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明:柔性圓柱體渦激振動最大位移響應(yīng)隨著無量綱張力的增加呈明顯上升趨勢;隨著質(zhì)量比的增加呈小幅下降趨勢;隨著細(xì)長比的增加呈明顯下降趨勢。
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE54;P75

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本文編號：1311664