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水下受拉绳缆绕流涡泄及涡激振动研究
| 论文题名： | 水下受拉绳缆绕流涡泄及涡激振动研究 |
| 关键词： | 柔性绳缆;大柔性细长结构;漩涡脱落;涡激振动 |
| 摘要： | 水下潜标系统是一种利用系留绳缆固定于海底进行信号收集的装置,系统抗扰能力直接决定了接收信号的可靠程度。而系统中系留绳缆的动力特性是决定整个系统动力响应的重要组成部分,受拉柔性绳缆由于绕流会产生周期性的涡泄从而引起交变激振力,因而结构会发生涡激振动从而产生干扰频响信号。对大柔性细长体结构漩涡脱落和涡激振动进行研究可以预报系留系统干扰频段,同时对海洋工程中的此类细长结构,如系缆、立管等也有重要意义。 本文旨在建立基于CFD-FEA双向流固耦合的大柔性细长结构涡激振动时域预报方法,分别从亚临界层定圆柱绕流漩涡脱落建模规律、三维直(斜)圆柱绕流模拟与分析、动网格技术、弹性支撑的二维圆柱涡激振动自锁研究以及三维全尺度涡激振动预报研究等方面展开。具体研究内容如下: 1基于LES方法对亚临界层定圆柱绕流漩涡脱落模型影响因素进行了分析,研究了几何模型尺度、网格划分方式、亚格尺度模型选择、初始边界条件和时间步长对模拟结果的影响规律,确立了亚临界层漩涡脱落合理建模方法。 2建立了三维圆柱绕流模型,研究了三维效应对涡泄及尾流的影响。同时基于Morrison方程计算潜标系留绳缆水中的姿态,根据姿态建立斜圆柱绕流模型,分析了来流与圆柱呈现一定倾角时的漩涡脱落以及结构所受水弹性力的变化规律。 3基于文献中的水池实验参数对弹性支撑的二维圆柱涡激振动进行了模拟,并与实验结果对比验证了模型的有效性。同时基于二维流固耦合模拟,研究了结构频率与涡泄频率之间关系,观察到涡激振动自锁现象,并得到了响应频率、相位、幅值的相关规律。 4基于CFD-FEA双向流固耦合对全尺度的受拉柔性绳缆进行三维时域涡激振动预报方法研究,分析了大变形流固耦合问题动网格控制技术,同时对一种真实潜标系留绳缆进行了全尺度涡激振动数值模拟,并对其流场、结构振动、耦合振型与频率等方面展开研究。 本文的主要研究工作致力于三维全尺度的大柔性细长结构涡激振动预报,对于海洋工程中低频柔性结构流固耦合大变形数值模拟研究提供了有益的参考。 |
| 作者： | 王建勋 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 桂洪斌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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