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Numerical simulations of vortex-induced vibrations of a flexible riser with different aspect ratiosin uniform and shear currents 被引量:8
1
作者 端木玉 邹璐 万德成 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2017年第6期1010-1022,共13页
This paper aimed at describing numerical simulations of vortex-induced vibrations(VIVs) of a long flexible riser with different length-to-diameter ratio(aspect ratio) in uniform and shear currents. Three aspect ra... This paper aimed at describing numerical simulations of vortex-induced vibrations(VIVs) of a long flexible riser with different length-to-diameter ratio(aspect ratio) in uniform and shear currents. Three aspect ratios were simulated: L/D= 500, 750 and 1 000. The simulation was carried out by the in-house computational fluid dynamics(CFD) solver viv-FOAM-SJTU developed by the authors, which was coupled with the strip method and developed on the OpenFOAM platform. Moreover, the radial basis function(RBF) dynamic grid technique is applied to the viv-FOAM-SJTU solver to simulate the VIV in both in-line(IL) and cross-flow(CF) directions of flexible riser with high aspect ratio. The validation of the benchmark case has been completed. With the same parameters, the aspect ratio shows a significant influence on VIV of a long flexible riser. The increase of aspect ratio exerted a strong effect on the IL equilibrium position of the riser while producing little effect on the curvature of riser. With the aspect ratio rose from 500 to 1 000, the maximum IL mean displacement increased from 3 times the diameter to 8 times the diameter. On the other hand, the vibration mode of the riser would increase with the increase of aspect ratio. When the aspect ratio was 500, the CF vibration was shown as a standing wave with a 3-(rd) order single mode. When the aspect ratio was 1 000, the modal weights of the 5-(th) and 6-(th) modes are high, serving as the dominant modes. The effect of the flow profile on the oscillating mode becomes more and more apparent when the aspect ratio is high, and the dominant mode of riser in shear flow is usually higher than that in uniform flow. When the aspect ratio was 750, the CF oscillations in both uniform flow and shear flow showed multi-mode vibration of the 4-(th) and 5-(th) mode. While, the dominant mode in uniform flow is the 4-(th) order, and the dominant mode in shear flow is the 5-(th) order. 展开更多
关键词 Vortex-induced vibration viv flexible riser radial basis function interpolation strip theory viv-foam-sjtu solver
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深海串列立管涡激振动的干涉分析 被引量:1
2
作者 端木玉 陈建平 万德成 《海洋工程装备与技术》 2019年第1期438-443,共6页
深海立管系统排布密集,立管之间的相互干涉问题广泛存在。基于自主开发的深海立管涡激振动求解器viv-FOAM-SJTU,以标准问题为基础,研究了阶梯来流下,不同串列立管间距对上游和下游立管涡激振动的影响。数值模拟的立管间距从立管直径的1... 深海立管系统排布密集,立管之间的相互干涉问题广泛存在。基于自主开发的深海立管涡激振动求解器viv-FOAM-SJTU,以标准问题为基础,研究了阶梯来流下,不同串列立管间距对上游和下游立管涡激振动的影响。数值模拟的立管间距从立管直径的1倍变化至4倍。计算结果表明:上游立管几乎不受立管间距的影响,其振动模态与孤立管相同,同为4阶;下游立管由于串列立管间的干涉作用,其振动模态比上游立管低,不同间距下均表现为3阶。下游立管受立管间距的影响明显,随着间距的增加,3阶模态的权重逐渐减小而4阶模态的权重逐渐增加。 展开更多
关键词 深海立管 涡激振动 串列布置 干涉分析 viv-foam-sjtu
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Numerical study of vibrations of a vertical tension riser excited at the top end 被引量:2
3
作者 Bowen Fu Decheng Wan 《Journal of Ocean Engineering and Science》 SCIE 2017年第4期268-278,共11页
This paper presents numerical simulations of vortex-induced vibrations of a vertical riser which is sinusoidally excited at its top end in both one and two directions in still water.A computational fluid dynamics meth... This paper presents numerical simulations of vortex-induced vibrations of a vertical riser which is sinusoidally excited at its top end in both one and two directions in still water.A computational fluid dynamics method based on the strip theory is used.The riser’s responses to both top-end and two-end excitations are carefully examined.In low reduced velocity cases,the in-line vibrations consist of three components,the low-frequency oscillation,the first-natural-frequency vibration during the riser reversal,and the second-natural-frequency vibration due to vortex shedding.The sheared oscillatory flow along the span causes low-frequency oscillations in higher modes in the in-line direction,thus forming‘X’shaped,‘II’shaped,and‘O’shaped trajectories at various positions along the span when the riser is excited at its top end in one direction.In the presence of excitations in the other direction,more complex trajectories appear. 展开更多
关键词 Vortex-induced vibration Oscillatory flow RISER Platform motion viv-foam-sjtu solver
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不同浸没长度下串列双立管涡激振动数值模拟 被引量:6
4
作者 武磊 赵伟文 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2020年第3期52-61,共10页
深海柔性立管涡激振动问题广受关注,其中多立管涡激振动较传统单立管涡激振动更为复杂。使用基于OpenFOAM自主开发的深海柔性立管流固耦合求解器viv-FOAM-SJTU,对阶梯流中串列双立管涡激振动展开研究。首先针对阶梯流中串列双立管模型... 深海柔性立管涡激振动问题广受关注,其中多立管涡激振动较传统单立管涡激振动更为复杂。使用基于OpenFOAM自主开发的深海柔性立管流固耦合求解器viv-FOAM-SJTU,对阶梯流中串列双立管涡激振动展开研究。首先针对阶梯流中串列双立管模型试验工况开展验证计算,下游立管的位移响应以及频率响应与试验结果基本吻合;而后改变立管浸没长度,分别选取浸没长度为0.4L(工况1)、0.55L(工况2)以及0.7L(工况3)的三种工况进行数值计算,其中L为立管长度。数值结果表明:3种浸没长度下,上下游立管的横流向振动均为一阶模态,且工况2和工况3中上下游立管的横流向位移均方根均大于工况1;上下游立管的顺流向主振模态在工况2和工况3中均为二阶,而在工况1中为一阶,且下游立管在工况2和工况3中的顺流向振动均表现出明显的多模态振动特性。 展开更多
关键词 涡激振动 串列双立管 浸没长度 viv-foam-sjtu求解器
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带附加分隔板细长柔性立管涡激振动的数值模拟 被引量:3
5
作者 李敏 邓迪 万德成 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2021年第1期112-120,共9页
海洋立管等非流线型结构物在恒定来流的持续作用下容易发生涡激振动(VIV),这会加速结构物的疲劳损伤,因此抑振措施的研究引起学者们的广泛关注。分隔板是一种有效抑制立管涡激振动的方法,学者们对其抑制机理和规律开展了大量研究工作。... 海洋立管等非流线型结构物在恒定来流的持续作用下容易发生涡激振动(VIV),这会加速结构物的疲劳损伤,因此抑振措施的研究引起学者们的广泛关注。分隔板是一种有效抑制立管涡激振动的方法,学者们对其抑制机理和规律开展了大量研究工作。该文基于海洋立管求解器viv-FOAM-SJTU,并采用切片法模拟了Re=4000时均匀流来流条件下的光滑立管和附加不同长度分隔板立管的涡激振动,主要对比分析了不同工况下立管的频率响应、位移响应和脱涡模式等动力响应特性的变化规律。发现附加一定长度范围内的分隔板可对立管的涡激振动起到一定程度的抑制作用,且抑制效果与分隔板的长度密切相关,当分隔板长度与立管直径之比(L/D)增大到0.5时,立管振幅反而增大。 展开更多
关键词 涡激振动抑制 分隔板 柔性立管 viv-foam-sjtu求解器
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大长细比柔性立管涡激振动数值模拟 被引量:3
6
作者 付博文 端木玉 万德成 《江苏科技大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2017年第5期640-645,共6页
近年来,随着油气开发逐步向深海发展,立管的长细比可以达到1 000甚至更高.大长细比的立管的振动形态与短的刚性圆柱的振动具有较大的差异,这使得对大长细比立管涡激振动预测的需求较为迫切.文中基于切片理论,通过使用径向基函数法作为Op... 近年来,随着油气开发逐步向深海发展,立管的长细比可以达到1 000甚至更高.大长细比的立管的振动形态与短的刚性圆柱的振动具有较大的差异,这使得对大长细比立管涡激振动预测的需求较为迫切.文中基于切片理论,通过使用径向基函数法作为OpenFOAM中的动网格策略,模拟了长细比为1 000的柔性立管在横流向和顺流向的振动,其顺流向最大时均偏移量达8个立管直径.数值模拟重现了高阶主控模态及主控模态的频繁变换等大长细比柔性立管的涡激振动特性;文中还将所得结果与长细比为500,750的结果进行了比较,就长细比对立管涡激振动的影响进行了分析. 展开更多
关键词 立管 涡激振动 计算流体力学 多模态振动 切片理论 viv-foam-sjtu求解器
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振荡流下细长柔性圆柱涡激振动数值分析 被引量:1
7
作者 邓迪 付博文 万德成 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2019年第4期440-446,共7页
涡激振动是造成立管疲劳破坏的最主要原因之一。目前,多数柔性圆柱涡激振动的数值模拟与模型试验,都是基于均匀流、剪切流和阶梯流等稳定流作用下,而振荡流作用下的柔性圆柱涡激振动研究相对较少。实际远洋深海情况下,细长柔性立管所处... 涡激振动是造成立管疲劳破坏的最主要原因之一。目前,多数柔性圆柱涡激振动的数值模拟与模型试验,都是基于均匀流、剪切流和阶梯流等稳定流作用下,而振荡流作用下的柔性圆柱涡激振动研究相对较少。实际远洋深海情况下,细长柔性立管所处的海洋环境更为复杂,因而有必要深入研究复杂流场作用下的柔性圆柱涡激振动现象。该文采用切片法并基于开源Open FOAM平台开发的细长柔性立管流固耦合求解器viv-FOAM-SJTU,进行振荡流作用下细长柔性圆柱的涡激振动数值模拟。该文主要研究不同振荡流周期对细长柔性圆柱涡激振动的影响。数值模拟结果表明振荡周期与柔性圆柱涡激振动半振荡周期内的"锁定"区域大小密切相关,同时也观察到了间歇性涡激振动,模态跃迁等现象以及涡激振动的产生、锁定和消亡过程。 展开更多
关键词 涡激振动 振荡流 KC数 柔性圆柱 viv-foam-sjtu求解器
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顶端振荡激励下柔性立管涡激振动数值研究
8
作者 胡浩 吴建威 万德成 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2022年第3期153-159,共7页
[目的]采用viv-FOAM-SJTU求解器开展不同顶端振荡激励幅值影响下的柔性立管涡激振动数值模拟。[方法]求解器中立管的流体力学部分基于切片理论和雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)法求解,同时立管的结构动力学部分基于伯努利-欧拉弯曲梁理论... [目的]采用viv-FOAM-SJTU求解器开展不同顶端振荡激励幅值影响下的柔性立管涡激振动数值模拟。[方法]求解器中立管的流体力学部分基于切片理论和雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)法求解,同时立管的结构动力学部分基于伯努利-欧拉弯曲梁理论和有限元方法求解。[结果]数值分析发现:随着振荡幅值的下降,横流向振动模态由多模态转变为单一模态;同时顺流向振动的主控模态保持不变,但模态振动的幅值减小。[结论]立管在反向运动中冲刷尾涡的行为随着顶端振荡幅值的改变会对立管涡激振动特性产生很大的影响。 展开更多
关键词 涡激振动 振荡激励 柔性立管 振荡幅值 viv-foam-sjtu求解器
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顶端平台纵荡运动与来流联合作用下顶张紧式立管涡激振动的数值模拟 被引量:1
9
作者 付博文 王哲 万德成 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2017年第A01期87-93,共7页
论文使用求解器viv-FOAM-SJTU基于切片理论对顶张紧式立管在顶端平台纵荡运动与来流联合作用下 的涡激振动进行了数值模拟.计算中采用OpenFOAM中的PIMPLE算法计算切片上的流体场,采用小位移 伯努利- 欧拉梁对立管进行有限元建模求解振动... 论文使用求解器viv-FOAM-SJTU基于切片理论对顶张紧式立管在顶端平台纵荡运动与来流联合作用下 的涡激振动进行了数值模拟.计算中采用OpenFOAM中的PIMPLE算法计算切片上的流体场,采用小位移 伯努利- 欧拉梁对立管进行有限元建模求解振动,立管顶端作强迫简谐振荡.分析发现有来流情况立管在逆 流晃动过程中会出现相比于无来流情况更为显著的涡激振动,这可认为是由于来流的能量输入所致,但其在 顺流晃动过程中振动不明显,基本未达到锁定区,整体体现为振动的间歇时段更长. 展开更多
关键词 涡激振动 平台运动 立管 流固耦合 viv-foam-sjtu求解器
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阶梯来流下流速对细长柔性立管涡激振动的参数分析
10
作者 端木玉 付博文 万德成 《江苏科技大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2017年第5期586-591,共6页
涡激振动是深海立管结构设计的关键,基于开源Open FOAM平台自主开发出细长柔性立管涡激振动流固耦合的求解器viv-FOAM-SJTU.以标准算例为基础,研究在阶梯状来流作用下,不同来流流速对细长柔性立管涡激振动的影响.数值模拟的立管长细比L/... 涡激振动是深海立管结构设计的关键,基于开源Open FOAM平台自主开发出细长柔性立管涡激振动流固耦合的求解器viv-FOAM-SJTU.以标准算例为基础,研究在阶梯状来流作用下,不同来流流速对细长柔性立管涡激振动的影响.数值模拟的立管长细比L/D=469,质量比为3.0,立管的下端45%的长度被置于均匀来流中,剩余部分被置于静水中.考察的均匀来流的有3种,分别为U=0.2、0.4、0.6 m/s,其中流速为0.6 m/s的情况与Francisco的标准实验一致.数值计算结构显示流速的变化会导致立管的泻涡频率发生变化,进而影响立管的振动频率,流速越高立管振动模态也越高. 展开更多
关键词 溃坝柔性立管 涡激振动 流速影响 切片法 viv-foam-sjtu求解器
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