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该文研究水下横向输液管道的动力特性 ,假定管道系统承受外界均匀流的作用 ,同时考虑管内流体流动的影响 ,建立了水下输液管道侧向振动的微分方程。采用 Hermite插值函数和Galerkin法离散得到其有限元标准形式。研究管内流动为恒定流时输液管道长度、内部流体流动速度对管道动力特性的影响及管内流动含有谐波挠动的情况下输液管道固有频率的变化。结果表明 ,在管内恒定流动的情况下 ,输液的自振频率随管道长度及管内流速的增加而降低 ,同时管内流动的谐波挠动对管道的自振频率也有影响。 相似文献
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考虑阻尼海底悬跨段管道的动力特性及允许悬空长度 总被引：8，自引：0，他引：8
以海底悬跨段输液管道为研究对象,考虑管道结构阻尼、流体附加阻尼、管内流体流动及管道轴向力和压强的作用,对其进行受力分析,导出管道振动微分方程,进而得到管道动力特性方程。用Hermit插值函数对管道的动力特性方程进行离散得到有限元表达式,采用复模态分析法,求得管道的自振频率。为防止管道发生横向涡激振动,用约化速度作为控制条件,确定管道允许悬空长度。结果表明,管道允许悬空长度随着内流流速、轴向压力和管内压强的增加而减小,随着轴向拉力的增加而加大。 相似文献
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海底输液管道内流、轴向力和压强对允许悬空长度的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
以海底悬跨段输液管道为研究对象,考虑管内流体流动及管道轴向力和压强的作用,对其进行受力分析,导出管道振动微分方程。由于内流流速项的影响,使得导出的管道振动微分方程不能用振型分解法直接求解,故本文将解表示为具有正弦和余弦的对称和反对称的各个空间振型的总和,从而求出悬跨段管道固有频率。为防止管道发生横向涡激振动,用约化速度作为控制条件,求解出管道允许悬空长度。结果表明,管道允许悬空长度随着内流流速、轴向压力和管内压强的增加而减小,随着轴向拉力的加大而增大。 相似文献
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海洋立管涡激振动的研究现状、热点与展望 总被引：2，自引：0，他引：2
随着深海油气资源的开采,越来越多的研究者开始关注海洋立管的涡激振动问题.在海洋环境下,洋流是海洋立管的涡激振动的主要原因.当洋流流经立管时会在立管的两侧产生交替的泄涡,导致立管受到横流向和顺流向的脉动流体力.这被认为是海洋立管涡激振动的主要诱因.海洋立管的涡激振动是一个异常复杂的工程问题,它涉及许多科学上悬而未决的难题,如紊流、流动分离、分离点的漂移等等.此外,事先无法确定的立管的位置和立管与洋流之间的相互作用又大大增加了解决这一问题的难度.尽管近几十年里科学界在此方面做了大量的研究工作,一个能够准确、高效、经济地预报海洋立管涡激振动的方法仍然没有得到.即便如此,最近的研究工作依然在许多方面作出了突出的成就.首先介绍了涡激振动的背景知识和基础理论.随后,回顾了近年来海洋立管涡激振动方面的研究成果.接着,重点介绍了当前海洋立管涡激振动领域内的两个热点研究问题,即:在多大程度上立管的顺流向振动能够影响立管的横流向振动,以及尾流的三维效应是如何影响立管的涡激振动响应的.最近的研究发现,当结构与流体的质量比小于6时,顺流向振动能显著增大横流向振动的振幅.最近的研究还发现,立管尾流的三维特性和立管受到流体力的轴向相关度有密切关系.随着流动的发展(海流折合速度从0增加到12),立管尾流的三维特性发生变化,在初期,立管尾流的三维特性不明显,流体力的轴向相关度基本等于1,也就是说,流体力和立管的位移响应是同步的,因此能量不断地由海流向立管转移,导致立管的振幅不断增大.当海流折合速度大于6时,流体力的轴向相关度由1锐减到负值,此时,立管尾流的三维效应显著.最后针对今后海洋立管的涡激振动的研究提出一些建议. 相似文献
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以垂直悬臂提升管道为研究对象,应用有限元软件ADINA对其输送过程进行流固耦合效应特性分析。本文应用有限元软件ADINA对扬矿管道进行管内流体—管道—管外流体三者流固耦合模态分析。首先建立了扬矿管道流固耦合有限元模型,得到了不同输送矿石体积浓度、管道截面尺寸下的前6阶固有频率和振型,继而比较了上述条件下三者耦合、二者耦合及无耦合情况的固有频率,讨论了流固耦合作用对管道固有频率的影响。研究结果表明:(1)扬矿管道流固耦合效应下其固有频率随着管内输送矿石颗粒浓度的增大而降低,考虑管内流体—管道—管外流体三者流固耦合时的管道固有频率较只考虑管内流体—管道二者耦合和不考虑流固耦合时要小,影响系数也相应降低;(2)流体对管道流固耦合固有频率的影响程度随着相对厚度d值的增大而减小,在考虑管内流体—管道—管外流体三者流固耦合时管道固有频率较只考虑管内流体—管道二者耦合相对误差增大;(3)在实际的扬矿管道输送中应该考虑输送流体颗粒浓度、不同相对管道壁厚、管内流体—管道—管外流体三者流固耦合作用对固有频率的影响,尽量使管道固有频率远离工作频率,避免共振情况的发生分析结果对扬矿管道的动态响应计算、结构设计和减振研究具有一定的指导意义。 相似文献
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海底管道管跨段在内外流体作用下的竖向动力特性研究 总被引：2，自引：0，他引：2
根据在复杂的海洋环境条件下,管道的动力特性受到内外流体的综合作用影响,呈现与陆地管道不同的特点。研究了结构受到外界流体所产生的涡激作用,同时考虑管内恒定流的影响,利用有限元方法对海底管道管跨段竖向振动的微分方程进行求解。在此基础上得出了管跨段在不同外流流速情况下,内流流速与结构动力响应幅值的关系及其对管跨段振动频率的影响,并进一步探讨了管跨失稳时的极限管内流速与跨长的关系,这些结论对于海底管道设计具有一定实际指导意义。 相似文献
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为研究海洋立管涡激振动响应并预测其疲劳寿命,在中国海洋大学物理海洋实验室大型风-浪-流水槽进行海洋立管涡激振动模型试验.考虑管内流体的流动,运用相似理论将实际海洋立管缩放为试验模型,施加不同流速的外流,测得立管在涡旋脱落时顺流向及横向振动的应变时程曲线,根据实测结果,采用Miner理论对立管进行疲劳寿命分析.结果表明:立管横向振动比顺流向振动强烈,大约高一个数量级;随骀着外流流速的增加,管道横向及顺流向振动明显增加,立管的疲劳寿命降低;立管中部及端部振动比较强烈,疲劳寿命较其它位置处低,容易发生疲劳破坏. 相似文献
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海洋立管、海底管线和浮式平台系泊缆等柔性圆柱结构的流激振动会造成严重的疲劳损伤。目前,关于单根柔性圆柱流激振动的研究较多。为研究多根柔性圆柱系统的流激振动特性,开展了双柔性圆柱流激振动的模型试验。采用模态分析法将试验测量应变转化为位移。通过分析双柔性圆柱在并列、串列和交错排布方式下的响应位移、控制频率,揭示了双柔性圆柱的流激振动特性。研究结果表明:柔性圆柱并列排布时,两圆柱的相互作用使结构顺流向位移增大;柔性圆柱串列排布时,受遮蔽效应的影响,下游圆柱控制模态较低。由于柔性圆柱的多模态响应特性,"锁频"区后下游圆柱的位移并未显著增大;柔性圆柱交错排布时,下游圆柱发生"Wake-flutter",横流向和顺流向的控制频率接近,顺流向的位移显著增大。 相似文献
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内流对海底管线涡致振动与疲劳寿命的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
在复杂的海洋环境条件下，管道的动力学特性受到内外部流体的作用而呈现出新的特点。本文通过对处在海底平稳流动作用下的悬跨管道的涡致振动进行分析，特别地考虑到管道内部流动的作用，给出了内流速度对管道响应幅度的影响，进而指出其对管道疲劳的意义。 相似文献
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浸没于水中的粗颗粒管道输送系统,由于受到泵、内部两相流及外部流体三者的耦合激励,管道系统振动将对管道输送参数和安全稳定性产生严重影响。为了深入分析水下管道输送系统工作时振动的特性,设计了一套振动测试,对管道系统振动进行了测试,获取管道在不同工况下的时域波形,通过快速傅里叶变换对振动信号进行频谱分析。试验结果表明:随着输送体积浓度增加,X与Y方向的最大振动幅度随着体积浓度增大而增大,但是Z方向的最大振动幅度则是随着体积浓度增加而降低;同一输送浓度情况下,Y方向振动幅度最大,X方向次之,Z方向最小;随着输送浓度提高,流体紊流引起的管道振动加剧。这些结论将为深海采矿管道支撑结构设计和减振提供参考。 相似文献
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海洋平台磁流变阻尼器控制技术研究 总被引：3，自引：0，他引：3
为了更有效地减小海洋平台动力响应,采用基于模糊控制算法的磁流变阻尼器对海洋平台的振动进行控制.以海洋平台位移响应误差和误差变化为输入变量,以最优控制力为输出变量,优化设计出模糊控制器.考虑实际磁流变阻尼器输出控制力上限存在限制,采用半主动控制算法计算接近于最优控制力的半主动控制力.以一固定式海洋平台为算例研究磁流变阻尼器的振动控制效果及其模糊性,仿真结果表明模糊磁流变控制器对于平台的振动可以实现非常有效的控制,且控制效果对结构阻尼和环境的不确定性具有较好的模糊性. 相似文献
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- With the rapid development of the offshore oil industries, submarine oil / gas pipelines have been widely used. Under the complicated submarine environmental conditions, the dynamic characteristics of pipelines show some new features due to the existence of both internal and external flows. The paper is intended to investigate the vortex-induced vibration of the suspended pipeline span exposed to submarine steady flow. Especially, the effects of the flow inside the pipeline are taken into account. Its influences on the amplitude of pipeline response, and then on the fatigue life, are given in terms of the velocity of the internal flow. 相似文献
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海洋立管是深海油气开发中用于连接海底井口和水面浮体的唯一通道。立管在洋流作用下极易发生涡激振动（vortex-induced vibration,简称VIV）,发展快速经验性涡激振动时域预报方法对立管的安全设计具有重要意义。通过柔性立管模型试验,结合载荷重构方法和最小二乘法,识别建立了能量竞争载荷模型下的经验水动力载荷系数模型。应用识别建立的经验水动力载荷系数模型,发展形成了海洋立管顺流向及横流向双向涡激振动时域预报方法。将预报结果与试验结果对比,结果表明：基于能量竞争载荷模型的海洋立管双向涡激振动预报方法能够有效预报海洋立管涡激振动主导模态、主导频率、流向平均位移响应和涡激振动位移响应等力学行为特性。研究成果对发展更为有效的涡激振动预报手段具有有益参考。 相似文献
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To obtain a better understanding of the oscillatory soil liquefaction around an offshore pipeline, a three-dimensional integrated model for the wave–seabed–pipeline interaction (WSPI) is proposed by combining the Reynolds-Averaged Navier–Stokes equations for flow simulations and the dynamic Biot’s equation (“u-p” approximation) for the poro-elastic seabed model. Compared with previous investigations, the wave–current interaction is included in the present WSPI system. At a given time step, the wave pressure extracted from the flow model is applied on the seabed surface to determine the corresponding oscillatory seabed response around an offshore pipeline. The integrated numerical model is first validated using previous laboratory experiments. Then, a parametric study is conducted to examine the effects of flow obliquity and pipeline burial depth on the soil response around an offshore pipeline. Numerical results indicate that the soil under the pipeline is more susceptible to liquefaction at a reduced flow obliquity and pipeline burial depth. Moreover, the liquefaction depth in the case where the wave travels along the current can increase by 10%–30% compared to that in the case where the wave travels against the current, when the magnitude of the current velocity is 1 m/s. 相似文献
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首次将PIV技术应用于测试偏心环空幂律流体紊流螺旋流速度场,设计了一套可调偏心度的垂直环空管道实验装置。实验为不同浓度的聚丙烯酰胺水溶液在偏心度分别为40％和80％的垂直环空管道内做螺旋流动的PIV实验。得到了轴向速度影响规律：压力梯度一定时,黏滞性的减小或内管转速的增加将使轴向速度增大;流量一定时,黏滞性的减小或内管转速的增加都将使宽间隙处紊流核心区的轴向速度减小;偏心度的增大可以使紊流核心区轴向速度减小;当其它条件相同时,轴向速度随着压力梯度或流量的增加而增大。PIV实验结果与PHOENICS数模结果吻合良好。证明了PIV技术对幂律流体偏心环空螺旋流速度场进行测试是可行的、有效的。 相似文献
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This paper presents the results of an experimental investigation on three-dimensional scour below offshore pipelines subject to steady currents. The major emphasis of the investigation is on the scour propagation velocity along the pipeline after the scour initiation. Physical experiments were conducted to quantify the effects of various parameters on scour propagation velocity along the pipeline in a water flume of 4 m wide, 2.5 m deep and 50 m long. Local scour depths directly below the model pipeline were measured using specifically developed conductivity scour probes. Effects of various parameters such as pipeline embedment depth, incoming flow Shields parameter and flow incident angle (relative to the pipeline) on scour propagation velocity along the pipeline were investigated. It was found that scour propagation velocity generally increases with the increase of Shields parameter but decreases with the increase of the pipeline embedment depth. A general predictive formula for scour propagation velocity is proposed and validated against the experimental results. 相似文献
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目前我国的海洋工程结构中,导管架式海洋平台占有很大比重,动荷载作用下导管架式海洋平台的振动问题日益突出。随着石油开发向深海进军,平台结构柔性更大,振动问题更为显著,可能对结构、设备及人员造成一定的安全隐患。基于现场监测获得的导管架平台振动响应,结合相关规范给出振动对人体的影响,提出人员感受评价流程。最后,以渤海、南海海域的导管架平台为例,基于现场监测,分析了结构的振动特性及作业人员在相应振动环境下的感受。此方法对导管架平台上部作业人员的工作与安全保障提供了科学依据。 相似文献