多海洋立管结构瞬态振动特性及管间耦合作用机制研究

批准号:
41106077
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
陈正寿
依托单位:
学科分类:
D0611.海洋工程与环境效应
结题年份:
2014
批准年份:
2011
项目状态:
已结题
项目参与者:
白兴兰、王化明、赵林岗、杨高胜
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中文摘要
多弹性海洋立管间的耦合共振、振动干涉及尾涡区的泻涡叠加等是管群结构所特有的瞬态振动现象,也是加速其结构极限破坏和疲劳破坏的主要诱因。.本研究在完善非稳态振动信号分解、分析技术的基础上,采用数值模拟仿真与物理模型实验相结合的方法,对强迫及自激振动作用下,弹性多立管系统的瞬态振动特性及管间耦合作用机制进行研究。从流固耦合不规则能量转换和传递的角度,揭示均匀流、非均匀流场及复合动荷载作用下,弹性立管系统的振动模态突变、振动耦合、干涉的规律,以及管间振动能量不规则转移与不同区段泻涡发放形态、尾涡重组等现象之间的内在耦合机制。本项目关于多立管结构瞬态振动分析及管间耦合、干涉作用机制的研究结果,将对复杂海洋工程系统的结构优化设计、结构强度分析及疲劳破坏预报提供理论参考和应用指导。
英文摘要
泻涡脱落诱发的涡激振动是海洋立管和众多弹性结构疲劳破坏的主要诱因,越来越受到海洋工程界的关注。对于现代海洋工程结构而言,由于受浮体尺寸限制,大量弹性管体集约在有限空间,势必造成管群系统振动形式更加复杂。多立管间的耦合共振、振动干涉及尾涡区的泻涡叠加等是管群结构所特有的瞬态振动现象,也是加速其结构极限破坏和疲劳破坏的主要诱因。.本研究首先对应用于非稳态振动过程的经验模态信号分解、分析方法进行完善,提出了最大特征时间窗函数与三次样条差值的方法剔除非模态项,通过对固有模态函数进行再定义,解决固有模态函数不符合窄带要求的技术难题。改进后的经验模态分解方法可应用于分析非稳态涡激振动的瞬态特征;在完善非稳态振动信号分解、分析技术的基础上,采用数值模拟仿真与物理模型实验相结合的方法,对弹性管体群在不同外荷载、不同管间距组合下的耦合振动及尾流形态进行研究,从流固耦合不规则能量转换和传递的角度,揭示均匀流、非均匀流场及复合动荷载作用下,弹性立管系统的振动模态突变、振动耦合、干涉的规律,以及管间振动能量不规则转移与不同区段泻涡发放形态、尾涡重组等现象之间的内在耦合机制。阐明各立管在时域内的瞬态振动响应规律及流向自由度对立管群结构顺流向和横流向响应频率与振幅的影响规律,并对中等间距条件下出现的偏态流现象的产生机制进行说明。.数值仿真与模型试验均发现在多立管系统中,上下游管体中间涡流区会有回流产生,这种周期性和强度都不可忽视的速度矢量会导致剪切层过早地分离上游弹性管体,从而使得上游管体的振动形态和振动能量随时间急剧变化,同时使得作用于下游管体的拖曳力显著减弱,造成下游弹性管体在顺流向往复运动的幅度增大。如果立管间距较小,这种削弱效应就会更加明显,相邻两管发生碰撞的风险也会相应增高。.本项目中改进的振动信号分解、分析方法为实验、模拟结果提供了强有力的数据分析工具,物理模型实验与数值模拟相关的很多重要结论完全受益于此。同时,通过物理模型实验与数值模拟的结合,很多弹性管涡激振动相关的振动模态、弹性管振动模态瞬时突变、弹性管群的复合耦合振动及尾流区复杂的泻涡发放形态等方面都从流固耦合的角度给予了合理的解释。.本项目关于多立管结构瞬态振动分析及管间耦合、干涉作用机制的研究结果,将对复杂海洋工程系统的结构优化设计、结构强度分析及疲劳破坏预报提供理论参考和应用指导。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1515/ijnaoe-2015-0021
发表时间:2015-03
期刊:International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
影响因子:2.2
作者:Zheng-Shou Chen;Yeon-Seok Park;Liping Wang;Wu-joan Kim;Meng Sun;Qiang Li
通讯作者:Zheng-Shou Chen;Yeon-Seok Park;Liping Wang;Wu-joan Kim;Meng Sun;Qiang Li
Effect of bidirectional internal flow on fluid–structure interaction dynamics of conveying marine riser model subject to shear current
双向内流对剪切流作用下输送海洋立管模型流固耦合动力学的影响
DOI:10.2478/ijnaoe-2013-0078
发表时间:2012-03
期刊:International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
影响因子:2.2
作者:CHEN Zheng-shou;KIM Wu-joan
通讯作者:KIM Wu-joan
DOI:10.1007/s13344-012-0007-3
发表时间:2012-03
期刊:China Ocean Engineering
影响因子:1.6
作者:Zheng-Shou Chen;Wu-joan Kim;C. Xiong
通讯作者:Zheng-Shou Chen;Wu-joan Kim;C. Xiong
DOI:--
发表时间:2012
期刊:中国水运
影响因子:--
作者:段自豪;陈正寿
通讯作者:陈正寿
DOI:10.1007/s11069-012-0266-6
发表时间:2013-06-01
期刊:NATURAL HAZARDS
影响因子:3.7
作者:Wang, Li-ping;Chen, Baiyu;Chen, Zhengshou
通讯作者:Chen, Zhengshou
船舶与海洋工程装备学术交流会
- 批准号:LS19D060001
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:陈正寿
- 依托单位:
管内流向对深海立管涡激振动的影响与机理研究
- 批准号:41776105
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:68.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:陈正寿
- 依托单位:
轴流悬浮式潮流能水轮机系统的耦合动力响应及结构颤振机理研究
- 批准号:41476078
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:85.0万元
- 批准年份:2014
- 负责人:陈正寿
- 依托单位:
国内基金
海外基金
