【摘 要】
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实际情况中的海底管道形状是复杂多变的,很多管道呈现J型的弯曲形状,这种弯曲的管道也是发生悬跨最为频繁的部位。在悬跨海管段容易发生涡激振动现象,这种现象极大的影响海管
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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实际情况中的海底管道形状是复杂多变的,很多管道呈现J型的弯曲形状,这种弯曲的管道也是发生悬跨最为频繁的部位。在悬跨海管段容易发生涡激振动现象,这种现象极大的影响海管寿命,降低海管安全性。针对涡激振动现象,现有的研究目标大多是近底床海底,而对于J型管这种形状弯曲的海管的研究现阶段还很少。
本文针对J型管的振动响应问题进行研究探讨。借由模拟仿真技术来确定实验的一系列参数选择,如实验装置的尺寸、管线模型材料、测量位置布置等,以此建立起近底床两种模型管道的实验台。采用对管线模型的结构与流场同步测量的实验方案,以此来对J型管的流固场变化特性进行探讨分析。
对近底床两种模型管道的涡激振动响应特性进行实验分析研究。分析探讨了管道与底床之间的间隙比、流场流速以及模型管形状等因素对管道的起振速度、振动幅值以及振动频率的影响;得到模型管线周围流场中涡形态变化与振动位移之间的时间关系,并对比分析J型管以及直管的振动形态特性;最后对近底床模型管道振动时周围流场以及管道位移进行同步测量,以此可以得到涡脱落和振动响应频率的关系。与直管相比,发现弯曲海管无论在振动形态还是振动模态上都有比较显著的差异。
建立起以流体波动力模拟外部流场环境的二维数值模型,并采用有限元方法对管线的结构响应进行求解计算,对直管和J型管的模态响应和振动幅值特性进行模拟仿真计算。将得到的模拟仿真结果与实验结果进行对比。建立起有效的数值模拟方法,以便于进一步探讨和研究近底床环境下直管与J型管的振动响应特性。
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