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基于FBG传感技术的深海立管涡激振动测试研究

发布时间:2019-05-11 08:34
【摘要】:为了探索光纤光栅传感技术在深海立管振动测试中的适用性,采用光纤光栅应变传感器,在大型波流耦合试验水池中进行了阶段流作用下大长细比深海立管的涡激振动测试。试验立管模型长为6.2 m,长细比为310,模型材料采用铜管,立管上部1.2 m处于均匀稳定的流场中,下部5.0 m处于静水之中。沿立管长度四面对称布置48个光栅测点,通过改变外流流速、内流流速和初始顶张力等影响因素,采集应变数据并结合模态分析理论,分析了不同工况下立管的振动频率、幅值及模态等振动特性,研究了阶段流作用下立管的涡激振动规律。结果表明,光纤光栅传感技术能很好地满足大长细比深海立管的涡激振动测试要求,能准确体现立管的应变时程、振幅和频率等振动特性,清晰反映出在不同外流速下立管振动的多模态特征及每阶主导频率下的锁振区间。
[Abstract]:In order to explore the applicability of fiber grating sensing technology in vibration testing of deep-sea riser, the vortex-induced vibration of deep-sea riser with large slenderness ratio was measured in a large wave-current coupling test pool by using fiber grating strain sensor. The length of the riser model is 6.2 m and the slenderness ratio is 310. The model material is copper tube. 1.2 m in the upper part of the riser is in a uniform and stable flow field, and 5.0 m in the lower part of the riser is in static water. 48 grating measuring points are arranged symmetrically along the length of riser. By changing the influencing factors such as outflow velocity, internal flow velocity and initial top tension, the strain data are collected and combined with modal analysis theory, the vibration frequency of riser under different working conditions is analyzed. The vortex-induced vibration law of riser under stage flow is studied by means of amplitude and modal vibration characteristics. The results show that the fiber grating sensing technology can meet the requirements of vortex-induced vibration test of deep-sea riser with large slenderness ratio, and can accurately reflect the strain time history, amplitude and frequency of riser. The multi-modal characteristics of the riser vibration at different outflows and the lock-in intervals of each order dominant frequency are clearly reflected.
【作者单位】: 山东科技大学土木工程与建筑学院;中国海洋大学工程学院;青岛国家海洋科学研究中心;
【基金】:国家高技术研究发展计划(“八六三”计划)资助项目(2010AA09Z303) 国家自然科学基金资助项目(51279187) 中央高校基本科研业务费资助项目(201262005) 山东科技大学人才引进科研启动基金资助项目(2013RCJJ032) 青岛市博士后研究人员应用研究资助项目(01020120406) 山东省土木工程防灾减灾重点实验室开放课题基金资助项目(CDPM2013ZR01) 山东省优秀中青年科学家科研奖励基金资助项目(BS2015HZ017)
【分类号】:P756.2

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