一般邊界條件下海底懸跨管道渦激振動特性研究.pdf

1、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

2、作用，并依據(jù)試驗數(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)值計算，得到海底懸跨管道渦激振動的時域響應(yīng)，經(jīng)過快速傅里葉變換得到頻域響應(yīng);將本理論模型計算結(jié)果與試驗結(jié)果、DNV規(guī)范和VIVANA軟件計算結(jié)果進(jìn)行對比驗證，驗證結(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、懸跨長度、軸向力、邊界約束條件和中

3、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烈，海底懸跨管