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立管涡激振动模型试验中的尺度效应问题研究
| 论文题名： | 立管涡激振动模型试验中的尺度效应问题研究 |
| 关键词： | 海洋开发船;柔性立管;涡激振动;模型试验 |
| 摘要： | 涡激振动是导致海洋立管疲劳损伤的一个重要因素。目前模型试验是研究涡激振动最有效的手段。根据模型试验结果预测实尺度立管的涡激振动响应是涡激振动模型试验的最终目标。由于模型试验不能满足所有的相似准则,导致试验中存在尺度效应问题。因此研究立管涡激振动模型试验中的尺度效应问题,对于预测海洋立管涡激振动响应具有重大的工程意义。 本研究主要内容包括：⑴对目前海洋柔性立管的研究方法进行了综述,对目前使用的数值模拟方法以及模型试验方法分别进行了介绍。⑵阐述了模型试验中的相似理论以及涡激振动的基本概念。使用数值模拟软件SHEAR7计算了不同尺寸的顶部张紧式立管模型涡激振动响应特性,比较了不同尺寸立管的涡激振动响应,分析了其中的尺度效应。并进一步进行了实尺度柔性钢悬链立管在不同角度来流下的涡激振动响应预报研究,提出了一种计算面外来流作用下计算钢悬链立管涡激振动响应的方法。⑶设计并完成了均匀来流下立管涡激振动模型试验。试验模型为三种不同尺寸的裸露立管。通过比较不同缩尺的立管模型的振动响应,研究立管涡激振动模型试验中的尺度效应。⑷研究了试验数据处理方法。提出了消除预张力以及初始变形影响的方法,并对模态分析法进行了深入的研究,形成了一种可靠的数据分析方法。使用此方法,分析了均匀来流下立管的初始变形特性以及涡激振动响应特性,并通过比较不同缩尺立管的响应特性,研究了其中的尺度效应问题。 本研究表明：①对实尺度钢悬链立管涡激振动数值模拟表明,面内来流作用下钢悬链立管响应最大,比面外来流作用下的立管位移响应大15％左右。②对立管初始变形中的尺度效应研究表明,柔性立管的平均拖曳力系数大于1.2,直径小的立管模型拖曳力系数更大。③对于立管涡激振动响应特性中的尺度效应研究表明,模型立管和原型立管位移响应之间没有线性关系,主导频率满足斯托哈尔关系,直径小的立管对应的斯托哈尔数较小。 |
| 作者： | 李曼 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 付世晓 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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