深海立管涡激振动的大涡模拟与涡振疲劳累积损伤分析

发布时间：2020-12-14 17:08

　　随着海上油气工程不断向深水区域发展，海洋立管变得越来越长、结构越来越柔。涡激振动（VIV）是深海立管系统设计，包括钻井、生产立管和出口立管设计必须考虑的一个重要问题。剧烈的流场接触到立管后产生的涡激振动可以在相对较短的时间内造成立管高度疲劳损伤。由立管涡激振动引起的损伤可能会降低立管的使用寿命，甚至会影响到平台的安全。本文采用瞬态流固耦合方法模拟柔性立管的涡激振动效应，采用计算流体动力学（CFD）软件CFX进行流场的模拟，结构分析有限元软件ANSYS模拟结构振动响应，通过ANSYS自带的workbench平台对立管受力和结构变形之间的动态数据进行交换，从而实现对流场和结构运动的交互耦合。本文采用大涡模拟湍流模型，成功地实现了对立管涡激振动的三维模拟。主要研究内容分为三个部分：首先，对均匀来流下小长径比立管的涡激振动进行了数值模拟，结果表明小长径比立管主要为低阶模态的振动，来流引起的涡激振动幅值非常小，特别是顺流向振动幅值基本可以忽略；然后，对均匀流下大长径比柔性立管进行了数值模拟，模拟结果与实验结果的对比表明，本文的大涡模拟较真实地反映了试验结果，立管横向涡激振动响应显著。同时，对比了... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

边界层分离示意图

卡门涡街示意图

图 2-3 圆柱体尾涡脱落形式与雷诺数 Re的关系刚性圆柱绕流中另外一个重要的参数，是 Strouhal 数（简称 St 数），它个与旋涡脱落频率相关的无量纲常数，是表示旋涡脱落特性的相似准数。示为sf DStU (2-2)

【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋立管涡激振动的研究现状、热点与展望[J]. 黄旭东,张海,王雪松.  海洋学研究. 2009(04)
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[3]圆柱及其组合体水动力与涡激振动计算[J]. 孙玉东,王伟东,刘忠族,程贯一.  水动力学研究与进展(A辑). 2005(03)
[4]分块法研究圆柱绕流升阻力[J]. 邓见,黄钰期,任安禄.  力学与实践. 2004(01)
[5]动网格生成技术[J]. 史忠军,徐敏,陈士橹.  空军工程大学学报(自然科学版). 2003(01)
[6]一种基于材料韧性耗散分析的疲劳损伤定量新方法[J]. 叶笃毅,王德俊,童小燕,姚磊江.  实验力学. 1999(01)

博士论文
[1]分析流固耦振的新方法及其应用研究[D]. 苏海东.华中科技大学 2006



本文编号：2916707