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螺旋侧板抑制柔性立管涡激振动的机理研究
| 论文题名： | 螺旋侧板抑制柔性立管涡激振动的机理研究 |
| 关键词： | 涡激振动;螺旋侧板;柔性立管;流固耦合;数值模拟 |
| 摘要： | 涡激振动是导致深海立管结构失稳及疲劳损坏的主要原因之一，为了增强立管安全使用性能，延长其作业寿命，人们一直致力于立管涡激振动及其抑制措施的研究。本文基于商用 CFD软件 ANSYS15.0，采用数值模拟方法对螺旋侧板抑制细长柔性立管和串列双立管涡激振动的效果及抑制机理进行了较为系统的研究。论文的主要工作成果如下： （1）对国内外关于立管涡激振动及其抑制措施的研究现状和研究方法进行了较为全面的综述，其中以螺旋侧板研究现状作为重点分析。 （2）简要介绍了涡激振动基本原理，并对流固耦合模拟方法、湍流模型的选择和动网格技术等CFD数值模拟相关知识进行了系统的说明。 （3）采用流固耦合技术对均匀流下长径比为482的柔性立管进行模拟，与相关文献结果对比验证本文流固耦合研究方法的可行性。其次对长径比为250的立管进行模拟，研究发现：随着长径比增大，立管横流向及顺流向振动出现了更高阶模态；横流向振动幅值变化不大，但立管顺流向位移响应及节点振幅约增大了三倍，且顺流向位移超过了横流向位移响应。 （4）通过 Re=7800均匀来流下三维光滑立管和附加螺旋侧板立管的系列模拟，研究了侧板几何参数（侧板高H、螺距P）对抑制效果的影响，在所给8组参数组合中，P17.5D/H0.25D的三片式螺旋侧板抑制效果最好，横向振幅降幅达80％以上。 （5）模拟均匀流及剪切流下长径比为482的柔性立管的涡激振动，并通过与附加螺旋侧板的柔性立管进行对比分析。结果表明：对于光滑立管，均匀来流下立管横向和顺向位移及振幅较大，横向振动模态锁定在二阶，尾流场旋涡脱落形式单一；剪切来流更易激发高阶模态，且尾涡脱落模式出现2P、2S、P+S等多种形式；附加螺旋侧板能有效抑制柔性立管横向振动，降低振动模态，改变旋涡脱落形式。 （6）最后对串列双立管展开了数值模拟，研究螺旋侧板对串列双立管涡激振动的抑制特点。分析发现：光滑双立管在横向均锁定在二阶模态，以相同大小的频率进行反相振动；在顺向则为同相振动，且其振动频率约是横向振动的两倍；附加螺旋侧板后发现，相同条件下侧板对上游立管的抑制效果更好，对下游立管位移响应的影响不大，但能有效削弱双立管双向振动频率。 |
| 作者： | 李红艳 |
| 专业： | 流体力学 |
| 导师： | 朱仁庆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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