涡激振动是引发立管疲劳损伤的关键诱因之一。基于Van Der Pol尾流振子方程,研究了不同长度两端铰接的钢悬链线立管在相同来流流量不同剖面剪切来流作用下的涡激振动响应。采用二阶中心差分法对时域和空间域的耦合方程组进行了求解,并...涡激振动是引发立管疲劳损伤的关键诱因之一。基于Van Der Pol尾流振子方程,研究了不同长度两端铰接的钢悬链线立管在相同来流流量不同剖面剪切来流作用下的涡激振动响应。采用二阶中心差分法对时域和空间域的耦合方程组进行了求解,并采用雨流计数法对立管的疲劳寿命进行了预测。结果表明,立管振动沿轴向传播呈驻波和行波的混合模式,随立管长度的增加,振动响应由驻波主导转变为行波主导。受剪切来流剖面的影响,立管振动响应呈现多频特性,行波自立管的顶部向底部传播,且其传播速率随来流剪切程度及立管长度而变化。随剪切程度的增强,立管从流体中获得的能量减少,能耗增加,振动位移减少。相同来流剖面时,随着水深的增加,立管疲劳损伤增加;而水深相同时,随来流剪切程度的增加,疲劳损伤逐渐增大。展开更多
涡激振动是立管发生疲劳破坏的关键因素之一。为了更加准确预测其疲劳寿命,基于Van Der Pol尾流振子模型,考虑内外流共同作用对立管的涡激振动影响及横向和顺流向的耦合作用,建立了立管涡激振动方程,用Hermit插值函数和Newmark-β法对...涡激振动是立管发生疲劳破坏的关键因素之一。为了更加准确预测其疲劳寿命,基于Van Der Pol尾流振子模型,考虑内外流共同作用对立管的涡激振动影响及横向和顺流向的耦合作用,建立了立管涡激振动方程,用Hermit插值函数和Newmark-β法对方程求解,进一步采用P-M准则对立管疲劳寿命进行分析。并且通过设计试验对模型进行验证,最后研究管内流速对位移响应和疲劳寿命的影响。结果表明:立管振动位移随内流流速的增加而增加,造成立管疲劳寿命降低;通过增大顶张力可以有效消除内流的影响;立管两自由度涡激振动疲劳寿命大体相等,因此双向耦合作用在立管振动分析中应给予足够重视。展开更多
为了研究柱体结构的涡激振动特性预测方法,首先基于Van der Pol尾流振子模型建立了弹性支撑单自由度柱体的涡激振动模型。然后基于计算流体力学(CFD)方法、结构动力学理论以及嵌套网格技术,同时考虑弹性支撑柱体来流向和横向振动,建立...为了研究柱体结构的涡激振动特性预测方法,首先基于Van der Pol尾流振子模型建立了弹性支撑单自由度柱体的涡激振动模型。然后基于计算流体力学(CFD)方法、结构动力学理论以及嵌套网格技术,同时考虑弹性支撑柱体来流向和横向振动,建立了柱体结构的涡激振动高保真仿真模型。通过与国外文献实验数据对比,验证了两种模型的准确性。计算结果表明,在低质量比情况下,Van der Pol尾流振子模型在约化速度较小区域计算误差很大,在柱体振幅最大值附近误差较小,基本上可以捕捉到柱体的涡激振动特性,可以用于工程上快速预测柱体结构的涡激振动特性;在低质量比、高质量比以及指定的约化速度范围内,采用CFD方法和嵌套网格技术,可以避免由于柱体振幅较大引起的网格畸变和负网格问题,且可以获得较好的计算精度和详细的流场信息,但计算效率相比Van der Pol尾流振子模型较低。展开更多
为了抑制柱体结构的涡激振动(Vortex induced vibration,VIV)问题,该文基于Van der Pol尾流振子模型、结构动力学理论和优化算法,建立了非线性能量阱(Nonlinear energy sink,NES)减振装置优化设计仿真模型。采用Van der Pol尾流振子模型...为了抑制柱体结构的涡激振动(Vortex induced vibration,VIV)问题,该文基于Van der Pol尾流振子模型、结构动力学理论和优化算法,建立了非线性能量阱(Nonlinear energy sink,NES)减振装置优化设计仿真模型。采用Van der Pol尾流振子模型,将其与二维弹性支撑柱体结构动力学方程结合,建立二维弹性支撑柱体单自由度涡激振动预报模型,并与文献实验数据对比,验证了模型的准确性;在模型中嵌入NES控制模型,完成NES作用下的单自由度柱体VIV预测模型,并将其与优化算法相结合,通过优化算法改变非线性能量阱的参数,设计出对柱体涡激振动抑制效果满足设计要求的非线性能量阱;通过仿真分析优化后的NES结构参数对柱体涡激振动的抑制效果和机理。案例优化结果表明,在Ur=5.5时,NES作用下的柱体振幅减小了66.39%,减振效果明显。同时,该文采用优化方法获得的NES结构参数符合实际生产要求,确保了实物生产设计的可能性。展开更多
文摘涡激振动是引发立管疲劳损伤的关键诱因之一。基于Van Der Pol尾流振子方程,研究了不同长度两端铰接的钢悬链线立管在相同来流流量不同剖面剪切来流作用下的涡激振动响应。采用二阶中心差分法对时域和空间域的耦合方程组进行了求解,并采用雨流计数法对立管的疲劳寿命进行了预测。结果表明,立管振动沿轴向传播呈驻波和行波的混合模式,随立管长度的增加,振动响应由驻波主导转变为行波主导。受剪切来流剖面的影响,立管振动响应呈现多频特性,行波自立管的顶部向底部传播,且其传播速率随来流剪切程度及立管长度而变化。随剪切程度的增强,立管从流体中获得的能量减少,能耗增加,振动位移减少。相同来流剖面时,随着水深的增加,立管疲劳损伤增加;而水深相同时,随来流剪切程度的增加,疲劳损伤逐渐增大。
文摘涡激振动是立管发生疲劳破坏的关键因素之一。为了更加准确预测其疲劳寿命,基于Van Der Pol尾流振子模型,考虑内外流共同作用对立管的涡激振动影响及横向和顺流向的耦合作用,建立了立管涡激振动方程,用Hermit插值函数和Newmark-β法对方程求解,进一步采用P-M准则对立管疲劳寿命进行分析。并且通过设计试验对模型进行验证,最后研究管内流速对位移响应和疲劳寿命的影响。结果表明:立管振动位移随内流流速的增加而增加,造成立管疲劳寿命降低;通过增大顶张力可以有效消除内流的影响;立管两自由度涡激振动疲劳寿命大体相等,因此双向耦合作用在立管振动分析中应给予足够重视。
文摘为了研究柱体结构的涡激振动特性预测方法,首先基于Van der Pol尾流振子模型建立了弹性支撑单自由度柱体的涡激振动模型。然后基于计算流体力学(CFD)方法、结构动力学理论以及嵌套网格技术,同时考虑弹性支撑柱体来流向和横向振动,建立了柱体结构的涡激振动高保真仿真模型。通过与国外文献实验数据对比,验证了两种模型的准确性。计算结果表明,在低质量比情况下,Van der Pol尾流振子模型在约化速度较小区域计算误差很大,在柱体振幅最大值附近误差较小,基本上可以捕捉到柱体的涡激振动特性,可以用于工程上快速预测柱体结构的涡激振动特性;在低质量比、高质量比以及指定的约化速度范围内,采用CFD方法和嵌套网格技术,可以避免由于柱体振幅较大引起的网格畸变和负网格问题,且可以获得较好的计算精度和详细的流场信息,但计算效率相比Van der Pol尾流振子模型较低。
文摘为了抑制柱体结构的涡激振动(Vortex induced vibration,VIV)问题,该文基于Van der Pol尾流振子模型、结构动力学理论和优化算法,建立了非线性能量阱(Nonlinear energy sink,NES)减振装置优化设计仿真模型。采用Van der Pol尾流振子模型,将其与二维弹性支撑柱体结构动力学方程结合,建立二维弹性支撑柱体单自由度涡激振动预报模型,并与文献实验数据对比,验证了模型的准确性;在模型中嵌入NES控制模型,完成NES作用下的单自由度柱体VIV预测模型,并将其与优化算法相结合,通过优化算法改变非线性能量阱的参数,设计出对柱体涡激振动抑制效果满足设计要求的非线性能量阱;通过仿真分析优化后的NES结构参数对柱体涡激振动的抑制效果和机理。案例优化结果表明,在Ur=5.5时,NES作用下的柱体振幅减小了66.39%,减振效果明显。同时,该文采用优化方法获得的NES结构参数符合实际生产要求,确保了实物生产设计的可能性。
