细长柔性立管涡激振动的实验研究

发布时间：2017-05-18 09:26

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【摘要】： 本论文的目的主要是通过开展物理模型实验了解均匀流下立管多模态涡激振动响应特性及其影响因素,分析抑制措施的抑制效果,同时提高开展相关实验研究的技术水平。因此,在大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室的水槽和水池中开展了长细比分别为120和1700的柔性立管涡激振动实验。 论文的第一部分首先结合水池实验(本论文第二个实验)的相关设置数据对立管实验设计理论进行了详细的说明,特别是传感器个数及布置位置的选择。随后,以水池实验的相关实验数据为基础认真阐述了实验数据的分析方法,通过此方法能够利用有限的传感器获得的实验数据完整重构立管模型的涡激振动特性,包括共振模态、响应频率以及响应位移。 论文的第二部分开展了使立管模型内部分别充填空气、水和沙的水槽实验,从而研究质量比对细长柔性立管多模态涡激振动的影响。实验结果表明,在高约化速度区域,三种质量比的立管模型的响应频率处于自振频率和涡脱落频率之间,其中空管的响应频率随约化速度的增大而不断增大;此区域内的同一流速下,质量比大的立管模型响应位移小,其中空管的涡激振动响应一直处于大振幅的锁定状态下。在相同流速下,质量比大的立管模型所激起的模态更高。 论文的最后一部分内容为立管水池拖拉实验,研究细长柔性立管的多模态涡激振动特性,包括立管模型未附有抑制措施(由课题组相关人员设计)和附有抑制措施的两种情况。立管模型为钢管,长细比为1700。浸没在水下的立管模型在经过严格设计的支架的匀速拖动下等效于受到均匀流的作用,立管模型能够在CF和IL方向自由振动。通过在立管模型表面布置足够的光纤光栅传感器,获得了大量有效的实验数据,这些数据不仅能够用于柔性立管涡激振动特性分析,还能用于校核数值预报模型。未附有抑制措施实验结果使得我们在已有研究成果的基础上对涡激振动问题有了更进一步的认识;附有抑制措施实验结果表明:课题组提出的新型抑制措施能够很大程度上减小立管的涡激振动响应,在流速较大的情况下,抑制效果更加明显。
【关键词】：柔性立管 涡激振动 实验研究 质量比 抑制措施
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U661.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 研究的背景及意义10-12
• 1.2 涡激振动韵基本概念12-13
• 1.2.1 圆柱体的涡激振动12-13
• 1.2.2 海洋立管的涡激振动13
• 1.3 研究现状13-23
• 1.3.1 涡激振动预报模型14-16
• 1.3.2 涡激振动实验研究16-19
• 1.3.3 涡激振动疲劳特性研究19-20
• 1.3.4 涡激振动抑制措施的研究20-23
• 1.4 本文的主要工作23-24
• 2 涡激振动的理论背景24-33
• 2.1 漩涡的形成24-25
• 2.2 漩涡的脱落25-27
• 2.2.1 漩涡脱落频率25-26
• 2.2.2 漩涡脱落形态26-27
• 2.3 漩涡脱落产生的力27-29
• 2.3.1 力的形成27-28
• 2.3.2 横向(CF)力的分解28-29
• 2.4 锁定29-31
• 2.5 涡激振动相关的无因次参数31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 3 国内外涡激振动实验研究综述33-47
• 3.1 前言33-34
• 3.1.1 流体介质33-34
• 3.1.2 结构尺寸34
• 3.2 刚性圆柱体实验34-41
• 3.2.1 弹性支撑刚性圆柱体自激振动实验35-39
• 3.2.2 刚性圆柱体受迫振动实验39-41
• 3.3 细长柔性立管涡激振动实验41-45
• 3.4 本章小结45-47
• 4 立管实验设计理论及实验数据分析方法47-66
• 4.1 理论自振频率的计算47-49
• 4.2 模态分解49-53
• 4.3 传感器的个数及其布置位置53-57
• 4.3.1 传感器个数的选择53-54
• 4.3.2 传感器布置位置的选择54-57
• 4.4 参与计算的最低和最高模态数的选择57-60
• 4.5 应变数据的处理60-63
• 4.5.1 FBG角度纠正60-62
• 4.5.2 滤波处理62-63
• 4.6 多模态涡激振动响应相关参数计算63-65
• 4.7 本章小结65-66
• 5 水槽实验设置及分析结果66-77
• 5.1 实验目的66
• 5.2 实验设置66-71
• 5.2.1 实验水槽66-67
• 5.2.2 模型比尺67
• 5.2.3 立管模型67-68
• 5.2.4 光纤光栅传感器(FBG)68-70
• 5.2.5 FBG的个数及其布置位置70-71
• 5.3 自振频率的测量71-72
• 5.4 实验分析结果72-75
• 5.4.1 质量比对响应模态的影响72-74
• 5.4.2 频率分析74-75
• 5.4.3 振幅分析75
• 5.5 本章结论75-77
• 6 水池实验设置及分析结果77-96
• 6.1 实验目的77
• 6.2 实验设置77-85
• 6.2.1 实验水池和拖车77-79
• 6.2.2 立管模型79
• 6.2.3 支架79-80
• 6.2.4 流速与张力的选择80-83
• 6.2.5 FBG的个数及其布置位置83-84
• 6.2.6 抑制措施84-85
• 6.3 实验结果85-94
• 6.3.1 裸管的响应分析85-89
• 6.3.2 抑制管的响应分析89-94
• 6.4 本章小结94-96
• 结论96-99
• 参考文献99-106
• 附录A 缩写及物理量106-107
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况107-108
• 致谢108-109

【引证文献】

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本文编号：375691