不同措施对倾斜柔性圆柱结构涡激振动抑制研究

海洋工程中的立管和系泊缆线等柔性圆柱结构轴线与来流常存在一定倾斜角度。由于轴向二次流的存在,倾斜圆柱涡激振动(VIV)相比于垂直圆柱更为复杂。如何对VIV有效抑制一直是工程界和学术界关注的焦点问题之一。本研究设计了室内拖曳水池模型实验,拖曳速度间隔为0.05m/s,范围为0.05～1.0m/s。观测了螺旋列板和控制杆对大长径比(L/D=350,L为圆柱长度,D为圆柱外直径)柔性圆柱横流向VIV的抑制效果,对比了垂直状态(α=0°,其中α为倾角)和倾斜状态(α=45°)附带抑制装置的圆柱模型振动特性。实验中采用方形截面、螺距/螺高组合为17.5D/0.25D的螺旋列板。控制杆则选取了四根环向均布于圆柱外周的排布方式,控制杆直径比为0.25D,距主体圆柱0.5D。通过在圆柱模型不同空间位置粘贴应变片,获取随时间变化的弯曲应变数据,并运用模态法对位移进行重构。重点分析了横流向应变变化、位移和VIV抑制效率。研究发现:螺旋列板对45°柔性倾斜圆柱涡激振动抑制效果较垂直状态下明显降低,甚至会增大圆柱的振动响应。而四根的多控制杆排列方式在45度倾斜圆柱上仍能保持较好的抑制涡激振动

High Aspect Ratio (L/D) Riser Viv Prediction Using Wake Oscillator Model

A two-dimensional (2-D) vortex-induced vibration (VIV) prediction model for high aspect ratio (LID) riser subjected to uniform and sheared flow is studied in this paper. The nonlinear structure equations are considered. The near wake dynamics describing the fluctuating nature of vortex shedding is modeled using classical van der Pol equation. A new approach was applied to calibrate the empirical parameters in the wake oscillator model. Compared the predicted results with the experimental data and computational fluid dynamic (CFD) results. Good agreements are observed. It can be concluded that the present model can be used as simple computational tool in predicting some aspects of VIV of long flexible structures. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved

柱体流激振动能量俘获理论与技术研究若干进展

潮流能分布广泛，且储量巨大，具备巨大的规模化开发利用价值。流激振动是一种常见的流固耦合现象，通过柱体流激振动能够在流速较低时实现有效的能量转换，基于柱体流激振动的能量俘获技术在未来具备广阔的工程应用前景。近年来，针对柱体结构流激振动特性和能量俘获性能，出现了大量的实验和数值仿真研究工作。本文全面阐述了多种截面形式的单个柱体、柱群结构流激振动能量俘获理论与技术方面的研究进展：对于单个圆柱流激振动能量俘获，目前已基本揭示了被动湍流控制器参数、系统阻尼、雷诺数、边界条件等因素对能量俘获性能的影响规律,基本完成了理论和技术积累；对于非圆截面柱体流激振动能量俘获，已初步明确特定来流攻角、系统质量比、系统阻尼、系统刚度、雷诺数条件下三角形、四边形、多边形、异形等多种截面形式柱体的流激振动作用机理和能量俘获能力；对于柱群的流激振动能量俘获，各柱体振子之间存在流场干涉，需要合理设计柱体排布形式、柱体间距、系统阻尼等参数，实现流体能量俘获最大化。通过综述国内外流激振动能量俘获理论和技术方面的研究进展，对今后该问题的研究进行了力所能及的展望，期望促进流激振动能量俘获理论的发展和流激振动能量转换装置的工程应用

复杂海洋环境下管道结构的涡激振动控制研究

复杂海洋环境下海洋管道的涡激振动控制一直面临效果不稳定的问题。通过系列的海洋管道涡激振动模型试验,研究了复杂海洋环境下常用涡激振动抑制装置螺旋列板、控制杆的振动抑制效果,分析了抑制装置的工程适用条件。研究表明:在斜向流条件下,螺旋列板的抑制效果随斜向流角增大而减弱,而控制杆的抑制效果受斜向流角的影响较小;在时变轴向力作用下,螺旋列板的抑制效果受轴向力激励幅值比影响显著,幅值比超过0.1后抑制效率显著下降;在尾流干涉作用下,螺旋列板对上游立管的抑制效果仍然较好,但对下游立管的抑制效果显著变差,甚至有可能增强振动

时变轴向力作用下柔性圆柱涡激振动及抑制研究

海洋立管、TLP平台张力腿、水中悬浮隧道系缆等柔性圆柱结构易受多种因素的影响发生疲劳损伤。海流诱发的涡激振动是海洋工程柔性圆柱结构长期面临的威胁。柔性圆柱结构的轴向力发生周期性变化时,会诱发结构的参激振动。涡激振动与参激振动相互耦合,使柔性圆柱的振动特性更为复杂,也为振动抑制增添挑战。为了研究柔性圆柱结构涡激-参激振动特性及振动抑制问题,设计了变轴向力柔性圆柱涡激振动试验系统,开展了时变轴向力作用下柔性圆柱涡激振动及抑制模型试验。通过分析振动位移、响应频率、运动轨迹等,揭示时变轴向力对柔性圆柱涡激振动特性和振动抑制效果的影响。涡激-参激耦合振动的幅值显著增大,随着时变轴向力幅值比的增大,时变轴向力对涡激振动的影响增强,螺旋列板对涡激-参激耦合振动的抑制效果减弱

流固耦合力学专题序

流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而成的力学分支,以两相介质之间的相互作用为重要特征,研究可变形固体在流场作用下的行为及固体变形对流场影响的相互作用.流固耦合现象存在于海洋工程、航空航天、石油化工、核能工程、土木工程等几乎所有涉及国计民生的重大领域中,并会诱发结构静发散

In-line vortex-induced vibration of a circular cylinder in the first instability range

在实际工程中圆柱结构顺流向的涡激振动比较常见,其对结构的疲劳破坏影响也十分显著。该文分析了弹性支承圆柱在顺流向第一不稳定区内的涡激振动,运用Van der Pol方程描述对称旋涡脱落的尾迹特性,采用尾流振子模型计算结构响应,并研究了质量-阻尼参数和质量率对顺流向涡激振动的影响机理。数值计算结果表明,在第一不稳定区内,弹性支承圆柱顺流向涡激振动存在临界质量率

Nonlinear dynamic response of the tendon

采用非线性梁模型,充分考虑张力腿轴向与流向的耦合效应及平台运动对张力腿的作用,运用Galerkin法进行分析求解,研究不同的长径比(L/D)情况下,弯曲刚度和非线性耦合效应的影响,以期得到更适用于实际的张力腿简化模型

深海空间站外壁厚度的理论分析

设计深海空间站时,首先要解决外部耐压壳的强度和稳定性问题,根据经典的弹性理论导出的壳体应力公式,应用强度理论中的Tresea屈服条件,确定了壳的厚度的取值范围,并得到了最小厚度的表达式。之后进行稳定性分析,研究理想条件下,强度要求和稳定性要求对球壳厚度的影响。考虑球壳过厚会增加施工难度,进行分层处理。</p