一般边界条件下海底悬跨管道涡激振动特性研究

发布时间：2017-12-17 14:30

  本文关键词：一般边界条件下海底悬跨管道涡激振动特性研究

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【摘要】：海底管道是海底油气资源输送系统的生命线,由于不平坦的海底地势和海底洋流的冲刷掏空作用,海底管道容易出现悬跨段。在外界来流的作用下,海底悬跨管道容易发生涡激振动,造成管道结构出现严重的疲劳破坏,进而引发重大的环境污染和巨额的经济损失。本文基于Euler-Bernoulli梁理论,根据一般边界约束条件和结构连续条件,构建海底单跨管道和多跨管道的结构振动方程;利用经典的van der Pol方程尾流振子模型描述尾迹流场中的流固耦合作用,并依据试验数据对尾流振子模型中的参数进行标定;基于模态的正交性,对悬跨管道涡激振动的控制方程进行解耦;采用Runge-Kutta法对解耦后的微分方程组进行数值计算,得到海底悬跨管道涡激振动的时域响应,经过快速傅里叶变换得到频域响应;将本理论模型计算结果与试验结果、DNV规范和VIVANA软件计算结果进行对比验证,验证结果比较理想;基于本理论模型,分别分析了外界来流速度、管内流体速度、管内流体压强、悬跨长度、轴向力、边界约束条件和中间约束条件对海底单跨管道和多跨管道涡激振动特性的影响,得出以下结论:(1)随着外界来流速度的不断增大,海底悬跨管道的涡激振动响应逐步由高阶模态主导,涡激振动响应频率也逐渐增大;(2)管内流体流速对海底悬跨管道涡激振动的影响较小,而管内流体压强越大、悬跨长度越长、轴向力越小,海底悬跨管道越容易发生涡激振动,高阶模态越容易被激发,涡激振动的响应频率越小;(3)端部约束条件或者中间约束条件越强烈,海底悬跨管道越难发生涡激振动,高阶模态越难被激发,涡激振动的响应频率越大。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P756.2

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本文编号：1300485