圆柱体涡激振动响应特性尾流振子模型分析

发布时间：2017-12-20 10:01

  本文关键词：圆柱体涡激振动响应特性尾流振子模型分析　出处：《西南石油大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：海洋中的结构物在海流的作用下会产生疲劳损伤,而这种作用就是涡激振动引起的。那么在海洋工程领域中主要有海洋立管,系泊、电缆等,这些发生涡激振动的结构物大多数都是圆柱形结构。随着海洋油气田的开发,对于立管系统和系泊系统应用在油气田的开发和生产上,那么就要保证系统的可靠性和安全性。因此研究圆柱形结构物的涡激振动响应特性是非常有必要的,由其在复杂流场下流体和固体耦合特性的研究。本文主要研究的是圆柱体单自由度涡激振动的问题而进行的一系列研究,其中包括柔性圆柱体和刚性圆柱体的涡激振动问题。使用改进的尾流振子经验模型预测刚性圆柱体和柔性圆柱体的横向涡激振动响应特性。论文的主要内容和成果包括:(1)主要从实验法、计算流体力学法和经验模型法进行介绍国内外研究圆柱体涡激振动的现状,以及关于涡激振动的一些基本现象和基本物理参数,归纳出几种常用的涡激振动半经验模型。(2)基于改进的尾流振子模型对刚性圆柱体涡激振动响应特性进行了数值研究。先分别建立了刚性性圆柱体结构振子模型以及尾流振子模型,随后将二振子模型进行耦合。讨论了通过改变约化速度、质量比、阻尼比等这些参数,对刚性圆柱体的振幅比、频率比以及相位角等参数进行了分析。(3)针对柔性圆柱体涡激振动响应特性进行了数值研究。选取了在均匀流流场和抛物线流流场中进行研究。同样建立了柔性圆柱体结构振子模型和尾流振子模型,然后将二振子模型进行耦合。研究中通过改变无量纲张力、细长比以及质量比等无量纲参数,对柔性圆柱体的振幅比、相位角、频率比以及位移响应时间特性等参数进行了分析。分析结果表明:①柔性圆柱体涡激振动响应特性呈现典型的行波特性;②在均匀流流场中,柔性圆柱体的行波传播速度随着无量纲张力的增加而呈现上升趋势;行波传播速度随着细长比的增加呈下降趋势;随着无量纲张力以及细长比的增加,位移与升力之间的相位角会发生突变,突变点均发生在振动频率经过固有频率处。③在抛物线流流场中,柔性圆柱体的行波传播速度由中间向两侧发散,张力大小的不同影响速度传播的快慢;随着细长比的增加到100后传播速度越来越慢。(4)最后对两端铰接的细长柔性圆柱体涡激振动响应特性进行了数值研究。研究中选取线性剪切流流场,通过改变无量纲张力、质量比、细长比以及剪切系数这些参数,对柔性圆柱体的振幅比、频率比、尾流振子幅值以及相位角等参数进行了分析。分析结果表明:柔性圆柱体涡激振动最大位移响应随着无量纲张力的增加呈明显上升趋势;随着质量比的增加呈小幅下降趋势;随着细长比的增加呈明显下降趋势。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE54;P75

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本文编号：1311664