考慮順流向振動(dòng)的深水頂張力立管渦激振動(dòng)分析.pdf

1、渦激振動(dòng)是造成深水立管疲勞損傷的一個(gè)重要因素,關(guān)于渦激振動(dòng)的研究逐步完善。但是,前期渦激振動(dòng)的研究主要針對(duì)立管橫向振動(dòng),結(jié)構(gòu)在順流向的振動(dòng)往往被限制,很少有研究對(duì)立管的兩向自由度振動(dòng)進(jìn)行研究,這主要是因?yàn)榍捌诘难芯空J(rèn)為順流向振動(dòng)的幅值相對(duì)較小,可以不考慮。
　　 但是近期發(fā)現(xiàn)順流向振動(dòng)影響到漩渦的脫落模式以及橫向振動(dòng)的響應(yīng)幅值。但是迄今為止,國內(nèi)外研究者并沒有對(duì)兩向渦激振動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)研究。
　　 本文的研究目的就是通過數(shù)值

2、方法研究頂張力立管兩向渦激振動(dòng)動(dòng)力特性及疲勞損傷,并開發(fā)用于頂張力立管動(dòng)力分析及疲勞分析的軟件。
　　 研究內(nèi)容主要包括:提出了考慮橫向流固耦合的橫向升力及順流向脈動(dòng)拖曳力的修正模型,考慮了附加質(zhì)量和附加阻尼的影響;并對(duì)其模型進(jìn)行了驗(yàn)證;研究質(zhì)量比m*和頻率比(f*=順流向振動(dòng)頻率/橫向振動(dòng)頻率)對(duì)立管動(dòng)力特性及疲勞損傷的影響;通過MATLAB編程開發(fā)立管動(dòng)力分析及疲勞分析系統(tǒng),提出非等效管模型。
　　 研究認(rèn)為:當(dāng)質(zhì)量

3、比m*＞6.0時(shí),順流向振動(dòng)相對(duì)于橫向振動(dòng)來說可以忽略不計(jì),并且順流向振動(dòng)頻率與橫向振動(dòng)頻率之間維持2倍的關(guān)系,結(jié)果同現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合;當(dāng)質(zhì)量比m*＜6.0時(shí),順流向振動(dòng)幅值明顯增大,尤其是順流向振動(dòng)處于鎖頻狀態(tài)時(shí)。并且,兩者頻率成分中不僅具有2倍的關(guān)系,同時(shí)還存在著部分相同頻率。頻率比不同時(shí),在較寬的低約化速度帶順流向?qū)M向振動(dòng)起到一定的抑制作用;在6.3＜Ur＜8.0時(shí),順流向振動(dòng)的考慮使得橫向振動(dòng)幅值具有一個(gè)小的增幅。但是,不同

4、頻率比時(shí),橫向振動(dòng)的考慮都使得順流向振動(dòng)幅值具有較大的增幅。低質(zhì)量比時(shí),當(dāng)橫向振動(dòng)響應(yīng)幅值處于“初始支”時(shí),順流向振動(dòng)產(chǎn)生的疲勞等同于橫向振動(dòng)的疲勞,不可忽略;在“超上支”時(shí),順流向振動(dòng)疲勞在較寬的約化速度范圍對(duì)立管的疲勞損傷并不起主要的作用。但是,兩向自由度時(shí)橫向振動(dòng)產(chǎn)生的疲勞相對(duì)于單自由度時(shí)的橫向疲勞在6.5≤Ur≤8.5時(shí)增加一倍,可見考慮順流向振動(dòng)時(shí),立管的疲勞損傷增幅較大。在“下支”時(shí),順流向振動(dòng)對(duì)橫向振動(dòng)疲勞的影響不明顯。當(dāng)

5、頻率比為1.0時(shí),順流向振動(dòng)在5.0≤Ur≤8.0時(shí)影響橫向振動(dòng)疲勞。在頻率比為2.0時(shí),順流向振動(dòng)對(duì)橫向振動(dòng)疲勞影響不是很明顯,略有增大;在兩種頻率情況下,橫向振動(dòng)的考慮都將增大順流向振動(dòng)疲勞。開發(fā)的立管動(dòng)力分析及疲勞分析系統(tǒng)可以有效地預(yù)測(cè)立管的動(dòng)力特性和疲勞損傷。由非等效管模型計(jì)算得到的外套管和內(nèi)套管的強(qiáng)度更加符合工程實(shí)際。
　　 頂張力立管的兩向渦激振動(dòng)是國內(nèi)外都比較新的研究課題,本文的研究得到了一些結(jié)論,可以用于工程實(shí)際