针对PIP(Pipe In Pipe)系统(套管)的涡激振动问题,开展了对PIP系统在涡激振动作用下的动力学响应研究,分析了在涡激振动作用下不同无因次波数、内外管道直径比、连接层刚度以及张力对海洋立管位移响应的影响规律。研究基于Euler-Bernou...针对PIP(Pipe In Pipe)系统(套管)的涡激振动问题,开展了对PIP系统在涡激振动作用下的动力学响应研究,分析了在涡激振动作用下不同无因次波数、内外管道直径比、连接层刚度以及张力对海洋立管位移响应的影响规律。研究基于Euler-Bernoulli双梁理论,采用尾流振子模型,建立了动力学模型,利用谐波平衡法求得内、外管道的振动响应表达式。结果表明,在不同无因次波数的作用下,套管的振动存在不稳定现象,在七阶模态时,管道的振动出现单一频率的振动现象;在高频率比区域,随着无因次连接层刚度的增大,内、外部管道的位移均呈现先减小后增大的趋势,并且逐渐趋于稳定;张力对外部管道位移的影响相对复杂,内部管道的位移随张力的增大呈现减小的趋势。展开更多
涡激振动是立管发生破坏的主要原因之一,深海立管自重大、柔度高、顶部张力集中等会导致出现新的动力特性。为预报深海立管涡激振动并揭示其动力特性,考虑立管自重影响及线性剪切流,本文建立立管涡激振动方程,基于Van der Pol尾流振子模...涡激振动是立管发生破坏的主要原因之一,深海立管自重大、柔度高、顶部张力集中等会导致出现新的动力特性。为预报深海立管涡激振动并揭示其动力特性,考虑立管自重影响及线性剪切流,本文建立立管涡激振动方程,基于Van der Pol尾流振子模型,采用有限差分法计算立管的振动响应,并设计涡激振动试验进行验证,最后研究流速及顶张力对立管涡激振动的影响。结果表明:流速越大,立管涡激振动频率越高,振动应力越大;同等流速下,顶张力越大,立管涡激振动主频率变化不大,但振动位移增大,振动应力减小。展开更多
建立一种新的预报并列双圆柱涡激振动响应的经验性模型,根据特定间距比条件下旋涡脱落频率出现分支的现象,提出以两个具有不同固有频率的尾流振子来共同描述结构的近壁尾涡动力特性,同时两个振子均满足van der Pol方程,进而得到结构振...建立一种新的预报并列双圆柱涡激振动响应的经验性模型,根据特定间距比条件下旋涡脱落频率出现分支的现象,提出以两个具有不同固有频率的尾流振子来共同描述结构的近壁尾涡动力特性,同时两个振子均满足van der Pol方程,进而得到结构振子和流体振子的耦合方程组。使用该模型分别对中高质量比和低质量比的并列圆柱涡激振动问题进行数值计算,结果表明,结构的位移响应和最大振动幅值等变化规律与实验结果趋势一致,数值基本吻合。展开更多
钢管塔力学性能卓越,应用广泛,但其钢管杆件长细比较大,水平放置易在低风速下发生涡激共振现象。钢管构件长期振动易使钢结构疲劳损伤甚至破坏,严重影响输电塔结构正常服役安全。针对钢管塔构件涡激振动现象开展试验研究,并提出有效的...钢管塔力学性能卓越,应用广泛,但其钢管杆件长细比较大,水平放置易在低风速下发生涡激共振现象。钢管构件长期振动易使钢结构疲劳损伤甚至破坏,严重影响输电塔结构正常服役安全。针对钢管塔构件涡激振动现象开展试验研究,并提出有效的阻尼控制方法。首先,开展了原尺输电塔钢管杆件气动效应研究。对槽型插板节点钢管弱轴向涡激振动响应及尾流展向特性进行分析。其次,引入尾流振子模型,探究了增加阻尼比对钢管杆涡振响应的理论抑制效果的提升。最后,根据理论计算结果开展调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)控制试验,通过加装TMD对钢管振动响应进行了控制,振幅最多可以下降95.8%,表明TMD可有效提高钢管塔在复杂风环境下的结构稳定性,保证钢管服役期间的安全。展开更多
钢管塔力学性能卓越,在电网中应用广泛。其中钢管塔主要钢管构件长细比较大,低风速下易涡激振动,进而引起结构疲劳损伤,引起连接处损坏,严重影响结构的安全性与耐久性。针对目前钢管塔杆件涡振理论研究不充分现状,基于Van Der Pol式尾...钢管塔力学性能卓越,在电网中应用广泛。其中钢管塔主要钢管构件长细比较大,低风速下易涡激振动,进而引起结构疲劳损伤,引起连接处损坏,严重影响结构的安全性与耐久性。针对目前钢管塔杆件涡振理论研究不充分现状,基于Van Der Pol式尾流振子模型进行结构计算,采用中心差分法解模型耦合方程,编制圆钢管涡激振动计算程序并设计风洞试验验证其准确性,旨在研究圆钢管的涡激振动特性,为钢管塔涡振预测及控制提供理论依据。试验与数值计算结果的比较表明,该文建立的尾流振子模型能够较好地拟合钢管的位移,由于理论模型采用理想铰接约束,试验测得的涡振锁定区较短,且锁定频率低于理论值。展开更多
基于欧拉-伯努力梁理论确定了多跨管道结构振动方程,采用非线性Van der pol方程描述旋涡脱落的尾流动力特性,利用弹簧模拟两端和中间的复杂边界约束,构建了多跨海底管道横流向涡激振动预报模型。基于模态正交性展开流-固耦合作用方程,...基于欧拉-伯努力梁理论确定了多跨管道结构振动方程,采用非线性Van der pol方程描述旋涡脱落的尾流动力特性,利用弹簧模拟两端和中间的复杂边界约束,构建了多跨海底管道横流向涡激振动预报模型。基于模态正交性展开流-固耦合作用方程,对各阶主坐标响应进行数值求解。对比了本模型预报结果与试验结果、软件分析以及DNV规范推荐值,吻合情况比较理想。本模型可为深海多跨管道涡激振动的研究、防范和治理提供有效的分析方法。展开更多
文章提出了海底悬空输流管道纯顺流向涡激振动预报的尾流振子模型,运用两类不同的van der Pol方程描述旋涡尾迹特性。重点分析了悬跨长度,内流因素和轴向力对纯顺流向涡激振动的影响。结果表明:大悬跨长度、小轴向力和高速内流介质可以...文章提出了海底悬空输流管道纯顺流向涡激振动预报的尾流振子模型,运用两类不同的van der Pol方程描述旋涡尾迹特性。重点分析了悬跨长度,内流因素和轴向力对纯顺流向涡激振动的影响。结果表明:大悬跨长度、小轴向力和高速内流介质可以降低纯顺流向涡激振动发生的速度范围,使其更容易发生。展开更多
文摘针对PIP(Pipe In Pipe)系统(套管)的涡激振动问题,开展了对PIP系统在涡激振动作用下的动力学响应研究,分析了在涡激振动作用下不同无因次波数、内外管道直径比、连接层刚度以及张力对海洋立管位移响应的影响规律。研究基于Euler-Bernoulli双梁理论,采用尾流振子模型,建立了动力学模型,利用谐波平衡法求得内、外管道的振动响应表达式。结果表明,在不同无因次波数的作用下,套管的振动存在不稳定现象,在七阶模态时,管道的振动出现单一频率的振动现象;在高频率比区域,随着无因次连接层刚度的增大,内、外部管道的位移均呈现先减小后增大的趋势,并且逐渐趋于稳定;张力对外部管道位移的影响相对复杂,内部管道的位移随张力的增大呈现减小的趋势。
文摘涡激振动是立管发生破坏的主要原因之一,深海立管自重大、柔度高、顶部张力集中等会导致出现新的动力特性。为预报深海立管涡激振动并揭示其动力特性,考虑立管自重影响及线性剪切流,本文建立立管涡激振动方程,基于Van der Pol尾流振子模型,采用有限差分法计算立管的振动响应,并设计涡激振动试验进行验证,最后研究流速及顶张力对立管涡激振动的影响。结果表明:流速越大,立管涡激振动频率越高,振动应力越大;同等流速下,顶张力越大,立管涡激振动主频率变化不大,但振动位移增大,振动应力减小。
文摘建立一种新的预报并列双圆柱涡激振动响应的经验性模型,根据特定间距比条件下旋涡脱落频率出现分支的现象,提出以两个具有不同固有频率的尾流振子来共同描述结构的近壁尾涡动力特性,同时两个振子均满足van der Pol方程,进而得到结构振子和流体振子的耦合方程组。使用该模型分别对中高质量比和低质量比的并列圆柱涡激振动问题进行数值计算,结果表明,结构的位移响应和最大振动幅值等变化规律与实验结果趋势一致,数值基本吻合。
文摘钢管塔力学性能卓越,应用广泛,但其钢管杆件长细比较大,水平放置易在低风速下发生涡激共振现象。钢管构件长期振动易使钢结构疲劳损伤甚至破坏,严重影响输电塔结构正常服役安全。针对钢管塔构件涡激振动现象开展试验研究,并提出有效的阻尼控制方法。首先,开展了原尺输电塔钢管杆件气动效应研究。对槽型插板节点钢管弱轴向涡激振动响应及尾流展向特性进行分析。其次,引入尾流振子模型,探究了增加阻尼比对钢管杆涡振响应的理论抑制效果的提升。最后,根据理论计算结果开展调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)控制试验,通过加装TMD对钢管振动响应进行了控制,振幅最多可以下降95.8%,表明TMD可有效提高钢管塔在复杂风环境下的结构稳定性,保证钢管服役期间的安全。
文摘钢管塔力学性能卓越,在电网中应用广泛。其中钢管塔主要钢管构件长细比较大,低风速下易涡激振动,进而引起结构疲劳损伤,引起连接处损坏,严重影响结构的安全性与耐久性。针对目前钢管塔杆件涡振理论研究不充分现状,基于Van Der Pol式尾流振子模型进行结构计算,采用中心差分法解模型耦合方程,编制圆钢管涡激振动计算程序并设计风洞试验验证其准确性,旨在研究圆钢管的涡激振动特性,为钢管塔涡振预测及控制提供理论依据。试验与数值计算结果的比较表明,该文建立的尾流振子模型能够较好地拟合钢管的位移,由于理论模型采用理想铰接约束,试验测得的涡振锁定区较短,且锁定频率低于理论值。
文摘基于欧拉-伯努力梁理论确定了多跨管道结构振动方程,采用非线性Van der pol方程描述旋涡脱落的尾流动力特性,利用弹簧模拟两端和中间的复杂边界约束,构建了多跨海底管道横流向涡激振动预报模型。基于模态正交性展开流-固耦合作用方程,对各阶主坐标响应进行数值求解。对比了本模型预报结果与试验结果、软件分析以及DNV规范推荐值,吻合情况比较理想。本模型可为深海多跨管道涡激振动的研究、防范和治理提供有效的分析方法。
基金Supported by China Postdoctoral Science Foundation funded project(2013M530116)the National Natural Science Foundation of China(Nos.51209161,51239008 and 51379144)the Major State Basic Research Development Program of China(973 Program)(No.2014CB046803)
文摘文章提出了海底悬空输流管道纯顺流向涡激振动预报的尾流振子模型,运用两类不同的van der Pol方程描述旋涡尾迹特性。重点分析了悬跨长度,内流因素和轴向力对纯顺流向涡激振动的影响。结果表明:大悬跨长度、小轴向力和高速内流介质可以降低纯顺流向涡激振动发生的速度范围,使其更容易发生。
