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