海洋立管流固耦合特性数值模拟研究

发布时间：2024-02-29 06:15

　　随着深海工程不断向深水区域发展,海洋立管的安全性问题日益突出,在不同来流作用下,立管都会发生明显的涡激振动,这会加速结构的疲劳损伤,严重威胁平台系统的作业安全和工作性能。 本论文采用一种全新瞬态耦合方法模拟柔性立管的振动效应,该方法完全考虑流体和固体之间的相互作用,把立管作为一个具有一定密度和弹性模量的柔性构件,利用商业软件FLUENT和ABAQUS对立管尾流及振动特性进行数值模拟,并利用商业软件MPCCI在相同耦合面的基础上进行数据插值,实现立管受力和结构变形之间的动态数据交换。 本论文成功地模拟了均匀来流下小长径比立柱以及大径长比深海立管在均匀来流时的流固耦合振动特性。研究成果表明:小长径比立柱主要为低阶模态的振动,来流对其产生的涡激振动幅值较小,特别是轴向振动幅值很小,可以不予考虑。 大长径比柔性立管的横向振动响应对其尾涡动力特性会产生显著影响,包括会出现涡泄频率显著增大和多频涡泄等复杂现象。尽管来流是均匀的,但立管的横向振动响应会出现明显的多模态特征,除了包含有与涡泄频率一致的振动响应外,还包含有其它频率成分的振动响应。特别地,还会出现多种高阶模态振动共存的非对称复杂弯曲变形等...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2-3尾流形态与雷诺数Re关系.Fig.2-3TherelationshipbetweenthewakepatternandtheReynoldsnumberRe.

近年来大量的研究和实验表明，曳力和升力一样对立管的疲劳破坏有影响，不可忽略。在低雷诺数情况下，立管疲劳主要由横向振动引起，振动在模态下发生，且主要由张力控制。在高雷诺数情况下，立管纵向振动与横向振疲劳影响均不可忽略，振动在高阶模态下发生，主要由弯矩控制[47-49]。.3尾流特....

图2-4雷诺数Re与Strouhal数St之间的对应关系.Fig.2-4TherelationshipbetweentheStrouhalnumberStandthetheReynoldsnumberRe.

3×10~5×10时，称为临界状态（criticalstate），此时拖曳力明显降低。当雷在5×105~3×106时，称为过渡状态（transcriticalstate），此时分离点后移，漩放紊乱，光滑刚性立柱所受的升阻力有增大的趋势。当雷诺数大于3×106时....

图2-5三种涡模态示意

来流以一定的速度流过柱体产生涡激振动，其尾涡会形成不同的模态。研究表明：柱体尾涡形态主要有三种不同的模态特征，包括2S模态、2P模态和P+S模态。在2S模态的情形，在每半个周期内分别在立管两侧泄出一个单涡，与经典的卡门涡街类似；在2P模态的情形，在每半个周期内分....

图2-6升力系数与相对振幅曲线图

22图2-6升力系数与相对振幅曲线图。其中，:L/D=48;Δ:L/D=15;Ο:L/D=13.8Fig.2-6TherelationshipbetweentheLiftCoefficientandtheRelativeAmplitude.折合速度及....

本文编号：3914621