考平面旋轉(zhuǎn)和順流向振動(dòng)的海洋立管渦激振動(dòng)數(shù)值模擬.pdf

1、在眾多大型巨資打造的工程由于渦激振動(dòng)致毀后，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界開始致力于渦激振動(dòng)機(jī)理的研究，渦激振動(dòng)問(wèn)題一時(shí)間成了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。在很多工程領(lǐng)域當(dāng)中，我們都可以發(fā)現(xiàn)渦激振動(dòng)的蹤影。如橋梁、發(fā)動(dòng)機(jī)、大廈、電線、海洋立管、海底輸油管線等。
　　 渦激振動(dòng)的研究歷史至今已有數(shù)十年之久，雖累積了眾多有價(jià)值的研究成果，但學(xué)術(shù)界仍未對(duì)渦激振動(dòng)的機(jī)理有全面透徹的解釋。其原因?yàn)闇u激振動(dòng)是一個(gè)具有多自由度的涉及流體和結(jié)構(gòu)高度耦合的強(qiáng)烈非線性

2、的振動(dòng)現(xiàn)象。
　　 本文作為國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“考慮順流向振動(dòng)和尾流三維效應(yīng)的海洋立管渦激振動(dòng)機(jī)理研究”(項(xiàng)目編號(hào)50809047)的組成部分，旨在全面分析順流向振動(dòng)以及平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)對(duì)圓柱渦激振動(dòng)響應(yīng)的影響。
　　 本文應(yīng)用有限元軟件ADINA對(duì)低雷諾數(shù)下考慮平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)和順流向振動(dòng)二維圓柱的渦激振動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。再現(xiàn)了隨著折合速度的增加，圓柱振動(dòng)從非鎖定狀態(tài)，到鎖定狀態(tài)(圓柱與由尾渦脫落引起的流體力共振，圓柱振幅增大)

3、，再脫離鎖定狀態(tài)的過(guò)程。對(duì)比研究了順流向振動(dòng)和平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)對(duì)圓柱渦激振動(dòng)的影響。研究發(fā)現(xiàn)：考慮順流向振動(dòng)時(shí)，橫流向無(wú)量綱振幅略有增加，這與傳統(tǒng)的觀點(diǎn)相同。然而同時(shí)考慮平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)和順流向振動(dòng)時(shí)，橫流向無(wú)量綱振幅顯著增加。例如，當(dāng)質(zhì)量比為2時(shí)，僅考慮橫流向振動(dòng)的最大渦激振動(dòng)幅度為圓柱直徑的0.58倍，而在同時(shí)考慮橫流向振動(dòng)、順流向振動(dòng)以及平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，圓柱渦激振動(dòng)的橫流向最大振幅可達(dá)1.23倍圓柱直徑，此現(xiàn)象在以往的研究中皆未見(jiàn)報(bào)道。同時(shí)發(fā)現(xiàn)