海洋立管涡激振动及抑振的无比尺模型实验研究

发布时间：2020-10-13 00:48

　　 海洋立管是连接水面浮式装置和海底设备的导管。它在海洋环境中要承受风、浪、流等环境荷载的作用,当波浪和海流在一定的流速下流经立管时,会产生漩涡脱落,从而引发立管的涡激振动,当海洋立管自振频率与旋涡脱落频率接近时,振动会迫使旋涡脱落频率固定在结构自振频率附近,发生频率锁定(lock-in)现象,造成疲劳破坏。因此,对海洋立管涡激振动及抑振装置的研究不仅有重要的科学意义,在工程上亦有较大的应用价值。 为了研究海洋立管涡激振动的特性,减小海洋立管漩涡脱落所引起的振动,降低海洋立管疲劳损伤的程度,本文分别选取了1.45米长的有机玻璃管作为实验裸管和1.2米长的有机玻璃管作为有抑振装置的实验立管进行研究。实验在中国海洋大学物理海洋实验室进行,在施加不同流速的外流时,测得了裸管及采用不同抑振方案的立管在涡旋脱落时顺流向及横向振动的应变时程曲线。使用DASP软件,对所测数据进行分析处理。实验结果表明:实验裸管在随着外流速的增大其振动频率逐渐增高,证实了立管顺流向振动频率为横向振动频率的两倍,得出了实验裸管的振动特性及动力响应;有抑振装置的立管在外流流速相同的情况下,明显比无抑振措施的立管振动幅值小,所采用的抑振方案在不同程度上抑制了海洋立管的涡激振动。此外,基于DASP系统的相关模块软件,利用符合材料应力循环特性的雨流计数法对结构承受的交变载荷进行了统计分析,并进行了疲劳寿命的计算。
【学位单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：P756.2
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 理论研究
        1.2.2 实验研究
    1.3 本文的主要研究工作
2 涡激振动及抑振基本理论
    2.1 涡激振动的基本理论
        2.1.1 旋涡的形成和泄放
        2.1.2 Strouhal 数和旋涡脱落频率
        2.1.3 升力与曳力
        2.1.4 涡激振动的特点
    2.2 抑振的基本理论
        2.2.1 抑制 VIV 的基本原理
        2.2.2 抑制 VIV 措施
    2.3 小结
3 海洋立管涡激振动实验及分析
    3.1 实验设备
        3.1.1 实验水槽
        3.1.2 立管支撑装置
        3.1.3 数据采集系统
        3.1.4 外流流速测速仪
        3.1.5 立管
    3.2 实验抑振装置的设计
    3.3 实验过程及分析
        3.3.1 实验目的
        3.3.2 裸管实验及分析
        3.3.3 抑振装置实验及分析
    3.4 实验立管振动位移的分析
    3.5 小结
4 雨流计数法疲劳寿命分析
    4.1 概述
    4.2 雨流计数法
        4.2.1 DASP 软件中的几种计数法
        4.2.2 雨流计数法基本理论
    4.3 S-N 曲线与 Miner 定律
        4.3.1 S-N 曲线
        4.3.2 Miner 线性累积损伤理论
    4.4 实验立管疲劳寿命计算
5 结论
    5.1 本文结论
    5.2 存在的问题及进一步研究的建议
参考文献
致谢
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本文编号：2838513