剪切流作用下柔性立管涡激振动响应分析

论文摘要

涡激振动是工程实际中较为常见的一种现象,在海洋工程、风工程及桥梁工程中受到较多的关注。在某些情形下,涡激振动是导致结构发生强度破坏及疲劳破坏的主要原因,精确预测涡激振动响应及有效抑制涡激振动现象的发生具有重要意义。本文首先回顾了现有文献对涡激振动的研究成果,总结了对其本质及原理的阐述。在此基础上,编写了预测涡激振动响应的计算程序,并对相关问题进行了深入分析,具体研究内容如下:(1)针对柔性立管结构和索结构,使用MATLAB编写了用于预测结构涡激振动响应的计算机程序;提出了求解考虑轴力作用下柔性结构线性模态的解析求解方法;对柔性立管的时域响应和频域响应进行了分别求解。(2)利用所编写程序对影响立管涡激振动响应的参数进行了分析,如立管材料密度、顶张力、边界条件等;对柔性立管的响应特征进行了分析。(3)对非共振模态在涡激振动响应中的振形参与系数进行了求解。本文编写的计算程序是基于通过实验获得的经验模型,不含有对流固耦合的有限元分析,因此计算速度较快。如果能够提高建立经验模型的精确度,程序对响应的预测效果必将得到提高,从而对工程设计产生非常实际的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 涡激振动原理
• 1.2.1 边界层与漩涡脱落
• 1.2.2 圆柱绕流的分类
• 1.2.3 无量纲参数表
• 1.3 涡激振动研究历史回顾及现状
• 1.3.1 实验研究
• 1.3.2 半经验模型
• 1.3.3 数值方法
• 1.4 涡激振动的抑制方法
• 1.5 本章小结
• 第2章 程序编写的理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 立管运动微分方程及线性模态分析
• 2.2.1 柔性立管算例
• 2.2.2 索结构模态分析
• 2.3 附加质量效应
• 2.4 激振区的确定
• 2.5 升力系数的确定
• 2.6 激振力模型
• 2.7 阻尼模型
• 2.7.1 静水中的阻尼
• 2.7.2 低折合速度区的阻尼
• 2.7.3 高折合速度区的阻尼
• 2.8 基于模态叠加法的运动方程求解
• 2.9 编程流程图
• 2.10 本章小结
• 第3章 柔性立管响应求解
• 3.1 引言
• 3.2 附加质量对振动频率的影响
• 3.3 时域解
• 3.4 频域解
• 3.5 非共振模态的振形参与系数
• 3.6 本章小结
• 第4章 涡激振动响应参数分析
• 4.1 引言
• 4.2 边界条件
• 4.3 材料密度
• 4.4 预拉应力
• 4.5 响应特征
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢