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水下管道涡激振动的实验研究 被引量:16
1
作者 孟昭瑛 杨树耕 王仲捷 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 1994年第7期43-50,共8页
本文对裸露悬空管道在稳定流中的振动现象进行了实验研究.通过对不同管径、不同跨长、不同边界条件的11组模型在不同流速下的试验,得出管道产生涡激振动时诸参数(跨长、管道结构特性、管道与土壤之间相互作用及水流特性等)间的关... 本文对裸露悬空管道在稳定流中的振动现象进行了实验研究.通过对不同管径、不同跨长、不同边界条件的11组模型在不同流速下的试验,得出管道产生涡激振动时诸参数(跨长、管道结构特性、管道与土壤之间相互作用及水流特性等)间的关系.运用尾流振子数学模型进行计算结果表明:实验与计算是吻合的.提出了防止管道疲劳破坏的条件,这对于穿越河流管道的设计和现有管道的加固有现实意义. 展开更多
关键词 水下管道 涡激振动 实验 泄放频率
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Flow-induced vibrations of long circular cylinders modeled by coupled nonlinear oscillators 被引量:20
2
作者 GE Fei LONG Xu +1 位作者 WANG Lei HONG YouShi 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2009年第7期1086-1093,共8页
The dynamics of long slender cylinders undergoing vortex-induced vibrations (VIV) is studied in this work. Long slender cylinders such as risers or tension legs are widely used in the field of ocean engineering. When ... The dynamics of long slender cylinders undergoing vortex-induced vibrations (VIV) is studied in this work. Long slender cylinders such as risers or tension legs are widely used in the field of ocean engineering. When the sea current flows past a cylinder, it will be excited due to vortex shedding. A three-dimensional time domain model is formulated to describe the response of the cylinder, in which the in-line (IL) and cross-flow (CF) deflections are coupled. The wake dynamics, including in-line and cross-flow vibrations, is represented using a pair of non-linear oscillators distributed along the cylinder. The wake oscillators are coupled to the dynamics of the long cylinder with the acceleration coupling term. A non-linear fluid force model is accounted for to reflect the relative motion of cylinder to current. The model is validated against the published data from a tank experiment with the free span riser. The comparisons show that some aspects due to VIV of long flexible cylinders can be reproduced by the proposed model, such as vibrating frequency, dominant mode number, occurrence and transition of the standing or traveling waves. In the case study, the simulations show that the IL curvature is not smaller than CF curvature, which indicates that both IL and CF vibrations are important for the structural fatigue damage. 展开更多
关键词 vortex-induced VIBRATION (VIV) vortex-induced WAVE (VIW) wake oscillator LONG CYLINDER fluid-structure interaction
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采用改进尾流振子模型的柔性海洋立管的涡激振动响应分析 被引量:19
3
作者 陈伟民 张立武 李敏 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2010年第5期240-246,共7页
建立了柔性杆件在非均匀流作用下的涡激振动响应预测模型,考虑了涡激振动锁频阶段流体附加质量的变化,以及振动响应和来流简缩速度的非线性关系。该模型通过经验公式结合迭代求解的方式,计算方便、速度快,避免了数值计算(CFD)的繁琐,较... 建立了柔性杆件在非均匀流作用下的涡激振动响应预测模型,考虑了涡激振动锁频阶段流体附加质量的变化,以及振动响应和来流简缩速度的非线性关系。该模型通过经验公式结合迭代求解的方式,计算方便、速度快,避免了数值计算(CFD)的繁琐,较为适合于海洋工程实际应用。与试验和数值结果的比较表明采用该文提出的计算模型,可以更合理、准确地给出结构涡激振动响应。最后,结合实际平台参数,进行了柔性立管在非均匀流场的作用下的涡激振动响应分析,并研究了立管的预张力、流场分布等参数的影响。分析结果表明:随着立管张力和流场分布的改变,各阶模态锁频区域发生了变化。 展开更多
关键词 涡激振动 尾流振子 附加质量 柔性立管 动响应
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海底管线涡激振动响应动力特性 被引量:13
4
作者 余建星 孙凡 +2 位作者 傅明炀 杜尊峰 郭君 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期1-5,共5页
海底管线管跨段的涡激振动,尤其是管跨在涡激振动下的频率锁定现象,是引发海底管线断裂失效的主要因素之一.通过对不同尺寸管道在不同流速条件下的漩涡发放频率、结构自振频率以及振幅的测量实验,找出了圆形管道在稳定流中涡激振动的规... 海底管线管跨段的涡激振动,尤其是管跨在涡激振动下的频率锁定现象,是引发海底管线断裂失效的主要因素之一.通过对不同尺寸管道在不同流速条件下的漩涡发放频率、结构自振频率以及振幅的测量实验,找出了圆形管道在稳定流中涡激振动的规律,提出了由约化速度来控制涡激振动的方法.为了将模型实验结果与理论计算结果进行比较,建立经验参数与不同实验条件下的物理参数之间的关系,利用尾流振子模型方法计算模型的涡激振动动力响应.通过模型实验说明尾流振子模型方法求解管道涡激振动的可行性,计算结果与实验结果吻合较好. 展开更多
关键词 管跨 涡激振动 尾流振子 模型实验
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圆柱体横流与顺流方向涡激振动耦合模型研究 被引量:12
5
作者 高云 张壮壮 +1 位作者 杨斌 邹丽 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第11期22-30,共9页
基于尾流振子模型对刚性圆柱体在横流以及顺流方向涡激振动耦合模型进行了研究。首先建立了横流以及顺流方向考虑结构几何非线性的结构振子以及尾流振子模型,其次基于二阶精度中心差分格式对模型进行先离散后迭代求解,再次通过与他人实... 基于尾流振子模型对刚性圆柱体在横流以及顺流方向涡激振动耦合模型进行了研究。首先建立了横流以及顺流方向考虑结构几何非线性的结构振子以及尾流振子模型,其次基于二阶精度中心差分格式对模型进行先离散后迭代求解,再次通过与他人实验结果进行对比验证了该数值模型的可靠性,最后对不同质量比、不同结构阻尼比以及不同几何非线性系数下圆柱体涡激振动响应振动幅值以及振动轨迹进行了分析。分析结果表明:随着质量比的增大,横流以及顺流方向的振动幅值均呈下降趋势,锁定区间宽度逐渐变窄。随着结构阻尼比的增大,横流以及顺流方向的振动幅值同样呈下降趋势,而锁定区间宽度逐渐变宽。随着折合速度的增加,结构振动轨迹依次出现斜“8”字形、“月牙”形以及正“8”字形。随着几何非线性系数的增加,横流以及顺流方向振动幅值从上分支进入低分支时的位移突降现象会变得越来越明显。 展开更多
关键词 涡激振动 耦合模型 尾流振子 几何非线性
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NONLINEAR FLUID DAMPING IN STRUCTURE-WAKE OSCILLATORS IN MODELING VORTEX-INDUCED VIBRATIONS 被引量:9
6
作者 LIN Li-ming LING Guo-can +1 位作者 WU Ying-xiang ZENG Xiao-hui 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2009年第1期1-11,共11页
A Nonlinear Fluid Damping (NFD) in the form of the square-velocity is applied in the response analysis of Vortex-Induced Vibrations (VIV). Its nonlinear hydrodynamic effects on the coupled wake and structure oscil... A Nonlinear Fluid Damping (NFD) in the form of the square-velocity is applied in the response analysis of Vortex-Induced Vibrations (VIV). Its nonlinear hydrodynamic effects on the coupled wake and structure oscillators are investigated. A comparison between the coupled systems with the linear and nonlinear fluid dampings and experiments shows that the NFD model can well describe response characteristics, such as the amplification of body displacement at lock-in and frequency lock-in, both at high and low mass ratios. Particularly, the predicted peak amplitude of the body in the Griffin plot is in good agreement with experimental data and empirical equation, indicating the significant effect of the NFD on the structure motion. 展开更多
关键词 Vortex-Induced Vibration (VIV) Nonlinear Fluid Damping (NFD) wake oscillator
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内波致剪切流作用下深海立管的涡激振动 被引量:6
7
作者 陈伟民 郑仲钦 +1 位作者 张立武 李敏 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2011年第12期250-256,共7页
内波的波致流为沿水深方向非均匀分布的剪切流,而深海平台立管的自然模态具有低频、密集的特性,这种流场和结构的特点使得深水立管的涡激振动表现出高阶模态、多阶模态参与振动的特点。该文研究了大长径比立管在内波流场作用下的锁频特... 内波的波致流为沿水深方向非均匀分布的剪切流,而深海平台立管的自然模态具有低频、密集的特性,这种流场和结构的特点使得深水立管的涡激振动表现出高阶模态、多阶模态参与振动的特点。该文研究了大长径比立管在内波流场作用下的锁频特性,建立了基于模态能量理论的多模态锁频的计算方法,并应用于改进的尾流振子模型进行立管涡激振动响应预测。结合实例,进行了深海平台立管的涡激振动响应分析,比较了内波、海流等不同流场作用下立管的涡激振动响应;分析了波致流速对响应位移和应力的影响,结果表明随着波致流速的增大,响应的RMS振幅和应力有不同程度的增大;需要注意高应力响应伴随高频率振动对结构疲劳寿命的影响。 展开更多
关键词 涡激振动 多模态 内波 剪切流 尾流振子
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非线性管土耦合条件下悬跨管道涡激振动响应时域预报 被引量:7
8
作者 艾尚茂 孙丽萍 《船舶力学》 EI 北大核心 2010年第11期1297-1303,共7页
海底悬跨管道与海床耦合呈现高度非线性,使得发展一种时域预报方法成为需要。文章运用有限元法对输液张紧悬跨管道进行空间离散,并应用Facchinetti等改进的尾流振子模型和切片假定模拟每个有限单元上的涡激振动水动力,发展了一种悬跨管... 海底悬跨管道与海床耦合呈现高度非线性,使得发展一种时域预报方法成为需要。文章运用有限元法对输液张紧悬跨管道进行空间离散,并应用Facchinetti等改进的尾流振子模型和切片假定模拟每个有限单元上的涡激振动水动力,发展了一种悬跨管道—海床—流场多场耦合的非线性时域预报方法。在合理选取尾流振子模型附加水动力阻尼参数的基础上,时域预报了线性、理想塑性和张力截断弹簧模型下悬跨管道的涡激振动响应。研究结果表明,基于尾流振子的时域预报方法能够合理地描述非线性管土耦合边界下VIV响应;非线性边界条件下,锁定产生的最大响应幅值低于线性结果。 展开更多
关键词 悬跨管道 涡激振动 非线性管土耦合 尾流振子 时域
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Spar平台涡激运动响应分析 被引量:6
9
作者 高云 宗智 于馨 《中国海洋平台》 2011年第1期17-22,共6页
针对Spar平台的刚体特性,建立了Spar平台与尾流阵子之间的耦合运动方程,利用该方法首先对一模型平台进行了数值验证,计算得到的锁定区域与实验测得的结果吻合良好。其次对一真实的Spar平台进行了计算,并得到Spar平台和尾流阵子的时间历... 针对Spar平台的刚体特性,建立了Spar平台与尾流阵子之间的耦合运动方程,利用该方法首先对一模型平台进行了数值验证,计算得到的锁定区域与实验测得的结果吻合良好。其次对一真实的Spar平台进行了计算,并得到Spar平台和尾流阵子的时间历程曲线。 展开更多
关键词 SPAR平台 尾流阵子 锁定区域 无量纲位移振幅比 无量纲升力系数比
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深水隔水管-水下井口耦合系统双向涡激振动特性
10
作者 胡鹏基 李朝玮 +3 位作者 刘秀全 刘兆伟 畅元江 陈国明 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期550-564,共15页
深水隔水管-水下井口系统极易受外部海流影响产生涡激振动(VIV),其VIV分析通常将底端水下井口简化为固支约束.考虑水下井口下部非线性管-土耦合建立深水隔水管-水下井口耦合系统顺流(IL)及横流(CF)向VIV三维分析模型.基于胡克定律将管-... 深水隔水管-水下井口系统极易受外部海流影响产生涡激振动(VIV),其VIV分析通常将底端水下井口简化为固支约束.考虑水下井口下部非线性管-土耦合建立深水隔水管-水下井口耦合系统顺流(IL)及横流(CF)向VIV三维分析模型.基于胡克定律将管-土相互作用产生的时变非线性土壤抗力转化为时变土壤等效刚度并与系统结构刚度叠加.采用有限单元法进行分析模型离散,采用Newmark-β法与4阶龙格库塔法进行VIV数值求解.随后分别研究了管-土耦合作用及环境因素如海流流速、土壤硬度等对深水隔水管-水下井口系统CF及IL方向VIV特性的影响.结果表明,考虑管-土耦合的深水隔水管-水下井口系统约束弱化,系统整体刚度减小,固有频率降低,深水隔水管-水下井口系统CF及IL方向的均方根(RMS)位移及振幅增大,振动频率减小.深水隔水管-水下井口系统VIV对土壤硬度的敏感度较低,原因是系统结构刚度与土壤初始附加的等效刚度较大,而土壤硬度变化额外附加的土壤等效刚度在系统总刚度中的占比较低. 展开更多
关键词 隔水管-水下井口 管-土耦合 尾流振子 涡激振动
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Shear flow induced vibrations of long slender cylinders with a wake oscillator model 被引量:4
11
作者 Fei Ge Wei Lu Lei Wang You-Shi Hong 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第3期330-338,共9页
A time domain model is presented to study the vibrations of long slender cylinders placed in shear flow. Long slender cylinders such as risers and tension legs are widely used in the field of ocean engineering. They a... A time domain model is presented to study the vibrations of long slender cylinders placed in shear flow. Long slender cylinders such as risers and tension legs are widely used in the field of ocean engineering. They are subjected to vortex-induced vibrations(VIV) when placed within a transverse incident flow. A three dimensional model coupled with wake oscillators is formulated to describe the response of the slender cylinder in cross-flow and in-line directions. The wake oscillators are distributed along the cylinder and the vortex-shedding frequency is derived from the local current velocity. A non-linear fiuid force model is accounted for the coupled effect between cross-flow and in-line vibrations. The comparisons with the published experimental data show that the dynamic features of VIV of long slender cylinder placed in shear flow can be obtained by the proposed model,such as the spanwise average displacement,vibration frequency,dominant mode and the combination of standing and traveling waves. The simulation in a uniform flow is also conducted and the result is compared with the case of nonuniform flow. It is concluded that the flow shear characteristic has significantly changed the cylinder vibration behavior. 展开更多
关键词 Vortex-induced vibration Vortex-induced wave Shear flow wake oscillator Long slender cylinder
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深海TTR立管涡激-参激耦合振动特性 被引量:5
12
作者 桑松 褚兆飞 +4 位作者 曹爱霞 董自鑫 董晋奇 杨纯 刘滕飞 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期1823-1832,共10页
针对深海立管在参数激励与涡激振动联合作用下的响应分析问题,本文基于复杂梁弯曲理论和尾流振子方程,提出深海顶张力立管的涡激-参激耦合振动模型。采用Newmark-β法求解系统响应,根据有限元理论和模型求解的数值计算原理,采用Matlab... 针对深海立管在参数激励与涡激振动联合作用下的响应分析问题,本文基于复杂梁弯曲理论和尾流振子方程,提出深海顶张力立管的涡激-参激耦合振动模型。采用Newmark-β法求解系统响应,根据有限元理论和模型求解的数值计算原理,采用Matlab软件编制深海顶张力立管涡激-参激耦合振动响应程序DRPVR,对四阶振动方程进行求解,研究结果表明:参数激励频率的变化导致立管横流向振幅、振型变化明显,同时在涡激-参激耦合作用下阶梯流振动频率远高于剪切流。 展开更多
关键词 顶张力立管 涡激振动 参数激励 尾流阵子 有限元 NEWMARK-Β法
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在建导管架平台圆管风致涡激振动及减振研究 被引量:4
13
作者 刘利琴 陈益群 +2 位作者 沈文君 李昊 吴志强 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2021年第4期1-8,共8页
研究了大型导管架平台卧式建造时出现单边约束圆管的风致涡激振动问题。将建造过程中单边约束的导管架圆管简化成悬臂梁模型,采用van der Pol尾流振子模型模拟圆管受到的流体力,建立了圆管风致涡激振动动力学方程。使用伽辽金方法对建... 研究了大型导管架平台卧式建造时出现单边约束圆管的风致涡激振动问题。将建造过程中单边约束的导管架圆管简化成悬臂梁模型,采用van der Pol尾流振子模型模拟圆管受到的流体力,建立了圆管风致涡激振动动力学方程。使用伽辽金方法对建立的运动方程进行求解,数值分析了圆管在特定约化风速下的涡激振动特性。在圆管上附加非线性能量阱(NES)作为被动减振装置对圆管进行减振,并采用粒子群优化算法对NES的非线性刚度和阻尼参数进行了优化。结果表明,在约化速度为4.8时,得到的NES优化的非线性刚度和阻尼参数组合可以有效减小悬臂梁自由端风致涡激振动位移。本研究说明采用NES和粒子群优化算法可以有效减小圆管的风致涡激振动,为导管架安全建造提供一定的参考。 展开更多
关键词 风致涡激振动 悬臂梁 非线性能量阱 尾流振子 粒子群优化算法 导管架平台
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Random vortex induced vibration response of suspended flexible cable to fluctuating wind
14
作者 Genjin MU Weiqiu ZHU Maolin DENG 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2023年第12期2207-2226,共20页
A popular dynamical model for the vortex induced vibration(VIV)of a suspended flexible cable consists of two coupled equations.The first equation is a partial differential equation governing the cable vibration.The se... A popular dynamical model for the vortex induced vibration(VIV)of a suspended flexible cable consists of two coupled equations.The first equation is a partial differential equation governing the cable vibration.The second equation is a wake oscillator that models the lift coefficient acting on the cable.The incoming wind acting on the cable is usually assumed as the uniform wind with a constant velocity,which makes the VIV model be a deterministic one.In the real world,however,the wind velocity is randomly fluctuant and makes the VIV of a suspended flexible cable be treated as a random vibration.In the present paper,the deterministic VIV model of a suspended flexible cable is modified to a random one by introducing the fluctuating wind.Using the normal mode approach,the random VIV system is transformed into an infinite-dimensional modal vibration system.Depending on whether a modal frequency is close to the aeolian frequency or not,the corresponding modal vibration is characterized as a resonant vibration or a non-resonant vibration.By applying the stochastic averaging method of quasi Hamiltonian systems,the response of modal vibrations in the case of resonance or non-resonance can be analytically predicted.Then,the random VIV response of the whole cable can be approximately calculated by superimposing the response of the most influential modal vibrations.Some numerical simulation results confirm the obtained analytical results.It is found that the intensity of the resonant modal vibration is much higher than that of the non-resonant modal vibration.Thus,the analytical results of the resonant modal vibration can be used as a rough estimation for the whole response of a cable. 展开更多
关键词 vortex induced vibration(VIV) wake oscillator random response suspended flexible cable fluctuating wind
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均匀来流中Spar平台涡激运动响应研究 被引量:4
15
作者 高云 宗智 于馨 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2011年第2期132-139,共8页
Spar平台由于其优良的特性,近年来,在深水工程领域,得到了越来越广泛的应用.Spar平台由于其特有的几何特性,从而导致其在水流中可能产生涡激运动.文中针对Spar平台的刚体特性,建立了Spar平台与尾流振子之间的耦合运动方程,利用该方法对... Spar平台由于其优良的特性,近年来,在深水工程领域,得到了越来越广泛的应用.Spar平台由于其特有的几何特性,从而导致其在水流中可能产生涡激运动.文中针对Spar平台的刚体特性,建立了Spar平台与尾流振子之间的耦合运动方程,利用该方法对一模型平台进行了数值验证,计算得到的锁定区域与实验测得的结果吻合良好.接着对一真实的Spar平台进行了计算,并得到Spar平台和尾流振子的时间历程曲线.结果表明Spar平台的运动幅度以及运动周期比通常涡激振动的幅度以及周期要大. 展开更多
关键词 SPAR平台 尾流振子 锁定区域 无量纲振幅比 无量纲升力系数比
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海洋立管双模态动力学分岔分析 被引量:4
16
作者 孙云卿 吴志强 +1 位作者 章国齐 王远岑 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2020年第5期480-490,共11页
为研究剪切流作用下顶张力立管的涡激振动响应规律,将立管简化为Euler-Bernoulli梁模型,用van der Pol尾流振子描述流体的作用,建立了立管涡激振动的非线性动力学模型.基于二阶Galerkin模态离散所得常微分方程组,采用谐波平衡法、Poinca... 为研究剪切流作用下顶张力立管的涡激振动响应规律,将立管简化为Euler-Bernoulli梁模型,用van der Pol尾流振子描述流体的作用,建立了立管涡激振动的非线性动力学模型.基于二阶Galerkin模态离散所得常微分方程组,采用谐波平衡法、Poincaré映射方法和Lyapunov指数法分析系统响应特点.研究结果表明:随着流速的增加,系统响应在周期运动和概周期运动间多次转换,其中周期解区域对应系统的涡激共振区;谐波平衡法结果能够较准确地预测涡激共振区周期解的振幅和频率,以及非涡激共振区概周期解的主要频率成分. 展开更多
关键词 涡激振动 尾流振子 谐波平衡法 POINCARÉ映射 Lyapunov指数法 多模态
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腐蚀条件下的海底悬跨管道振动分析
17
作者 骆正山 王香红 《船舶与海洋工程》 2023年第3期7-12,共6页
为有效预测腐蚀条件下海底悬跨管道的涡激振动响应,基于Euler-Bernoulli梁理论和改进范德波尔尾流振子方程,引入裂纹梁的等效抗弯刚度,建立考虑腐蚀作用的海底悬跨管道涡激振动模型。运用该模型对海底悬跨管道进行振动分析,并将计算所... 为有效预测腐蚀条件下海底悬跨管道的涡激振动响应,基于Euler-Bernoulli梁理论和改进范德波尔尾流振子方程,引入裂纹梁的等效抗弯刚度,建立考虑腐蚀作用的海底悬跨管道涡激振动模型。运用该模型对海底悬跨管道进行振动分析,并将计算所得结果与通过有限元建立的腐蚀管道模型所得结果相对比,验证该模型的准确性。通过分析不同腐蚀深度下海底悬跨管道的涡激振动特性发现:考虑腐蚀作用的管道在固有频率、位移响应和应力响应等方面与完整管道差异较大,且随着腐蚀深度的增加,变化率逐渐增大;考虑腐蚀作用的管道在发生涡激振动时的不稳定性比未考虑腐蚀作用的悬跨管道更强。 展开更多
关键词 悬跨管道 涡激振动 腐蚀 Euler-Bernoulli梁理论 尾流振子
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固定支承式悬浮隧道在洋流涡激作用下的动力响应研究 被引量:2
18
作者 范泽旭 袁勇 +2 位作者 何任飞 张金伟 贺维国 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期653-659,共7页
以某拟建跨海铁路隧道工程为背景,研究单跨悬浮隧道在洋流涡激作用下的共振响应问题。将隧道结构简化为两端简支的欧拉-伯努利梁,流体阻尼力和拖曳力采用Morison公式计算,采用一种基于Vanderpol方程的尾流振子模型表述尾流涡街和结构的... 以某拟建跨海铁路隧道工程为背景,研究单跨悬浮隧道在洋流涡激作用下的共振响应问题。将隧道结构简化为两端简支的欧拉-伯努利梁,流体阻尼力和拖曳力采用Morison公式计算,采用一种基于Vanderpol方程的尾流振子模型表述尾流涡街和结构的耦合作用。通过振型分解法和龙格-库塔法对偏微分方程组进行计算,分析结果表明:在某一洋流速度范围下,考虑流固耦合效应及非线性特征对结构涡激动力响应结果有显著影响。改变悬浮隧道单跨长是解决结构涡激共振问题最为有效的办法,在某些情况下,改变结构截面尺寸及结构阻尼比也能在一定程度下控制共振响应幅度。 展开更多
关键词 悬浮隧道 Morison公式 尾流振子 流固耦合 振型分解法 龙格-库塔方法
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深海立管涡激振动双稳态现象 被引量:2
19
作者 李江涛 吴志强 +1 位作者 王远岑 张祥云 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第10期1168-1176,共9页
为研究深海立管的涡激振动现象,本文在其流固耦合非线性动力学模型中考虑了流体阻尼的平方非线性特性以及结构惯性耦合。基于一阶Galerkin模态离散方程,通过特征值计算分析了流速对系统稳定性的影响,通过Poincaré映射方法分析了流... 为研究深海立管的涡激振动现象,本文在其流固耦合非线性动力学模型中考虑了流体阻尼的平方非线性特性以及结构惯性耦合。基于一阶Galerkin模态离散方程,通过特征值计算分析了流速对系统稳定性的影响,通过Poincaré映射方法分析了流速对响应非线性特征(频率、幅值)的影响。结果表明:涡激振动锁频区范围,可用无阻尼情况下的耦合颤振区来估计;锁频区左右两侧均存在双稳态现象,左侧为概周期运动与锁频运动共存,右侧为锁频运动与小幅周期运动共存。小流速下,响应中同时存在结构模态和涡激模态,锁频时响应表现为结构模态,而大流速时响应只含有涡激模态。 展开更多
关键词 涡激振动 尾流振子模型 多稳态 频率变化 相位变化
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Nonlinear Numerical Analysis of Vortex-Induced Vibration of A Three-Dimensional Deepwater Steep Wave Riser with Large Deformation Features 被引量:1
20
作者 CHENG Yong SONG Fu-kai LI Ming-xin 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2022年第4期601-613,共13页
The cross-flow(CF)vortex-induced vibration(VIV)of a deepwater steep wave riser(SWR)subjected to uniform or shear flow loads is investigated numerically.The model is based on a three-dimensional(3D)nonlinear elastic ro... The cross-flow(CF)vortex-induced vibration(VIV)of a deepwater steep wave riser(SWR)subjected to uniform or shear flow loads is investigated numerically.The model is based on a three-dimensional(3D)nonlinear elastic rod theory coupled with a wake oscillator model.In this numerical simulation,the nonlinear motion equations of the riser with large deformation features are established in a global coordinate system to avoid the transformation between global and local coordinate systems,and are discretized with the time-domain finite element method(FEM).A wakeoscillator model is employed to study the vortex shedding,and the lift force generated by the wake flow is described in a van der Pol equation.A Newmark-βiterative scheme is used to solve their coupling equation for the VIV response of the SWR.The developed model is validated against the existing experimental results for the VIV response of the top-tension riser(TTR).Then,the numerical simulations are executed to determine VIV characteristics of the SWR.The effects of both flow velocity and the spanwise length of the flow field on the drag coefficient in the inline(IL)direction and the lift coefficient in the CF direction are investigated systematically.The results indicate that compared with TTR,the low frequency and multi-modal vibration are the main components of the SWR due to the large deformation and flexible characteristics.For shear flow,the multi-frequency resonance dominates the VIV response of the SWR,especially at the hang-off segment. 展开更多
关键词 steep wave riser vortex-induced vibration time domain simulation nonlinear finite element wake oscillator
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