细长柔性立管涡激振动的实验的研究.pdf

大连理工大学硕zL-黝3c摘要本论文的目的主要是通过开展物理模型实验了解均匀流下立管多模态涡激振动响应特性及其影响因素,分析抑制措施的抑制效果,同时提高开展相关实验研究的技术水平。因此,。论文的第一部分首先结合水池实验(本论文第二个实验)的相关设置数据对立管实验设计理论进行了详细的说明,特别是传感器个数及布置位置的选择。随后,以水池实验的相关实验数据为基础认真阐述了实验数据的分析方法,通过此方法能够利用有限的传感器获得的实验数据完整重构立管模型的涡激振动特性,包括共振模态、响应频率以及响应位移。论文的第二部分开展了使立管模型内部分别充填空气、水和沙的水槽实验,从而研究质量比对细长柔性立管多模态涡激振动的影响。实验结果表明,在高约化速度区域,三种质量比的立管模型的响应频率处于自振频率和涡脱落频率之间,其中空管的响应频率随约化速度的增大而不断增大;此区域内的同一流速下,质量比大的立管模型响应位移小,其中空管的涡激振动响应一直处于大振幅的锁定状态下。在相同流速下,质量比大的立管模型所激起的模态更高。论文的最后一部分内容为立管水池拖拉实验,研究细长柔性立管的多模态涡激振动特性,包括立管模型未附有抑制措施(由课题组相关人员设计)和附有抑制措施的两种情况。立管模型为钢管,长细比为1700。浸没在水下的立管模型在经过严格设计的支架的匀速拖动下等效于受到均匀流的作用,立管模型能够在CF和IL方向自由振动。通过在立管模型表面布置足够的光纤光栅传感器,获得了大量有效的实验数据,这些数据不仅能够用于柔性立管涡激振动特性分析,还能用于校核数值预报模型。未附有抑制措施实验结果使得我们在已有研究成果的基础上对涡激振动问题有了更进一步的认识;附有抑制措施实验结果表明:课题组提出的新型抑制措施能够很大程度上减小立管的涡激振动响应,在流速较大的情况下,抑制效果更加明显。关键词:柔性立管;涡激振动;实验研究;质量比;抑制措施细长柔性立管涡激振动的实验研究ExperimentalInvestigationofVortex—inducedVibrationofLong-flexibleMarineRisersAbstract,nleprimaryobjeetiveofthisthesisistoimprovetheunderstandingofvortex-inducedvibrations(vIv)forcaseswithveryhighorderofrespondingmodes,analysistheeffectofsuppressiondevice,andtrytoimprovetheabilityofmodelinglong-flexiblerisersathigh-,twoseparateexperimentshavebeenplannedandexecutedinSLCOE(theStatekeyLaboratoryofCoastalandOffshoreEngineering)ofDUT(DalianUniversityofTechnology).-to-diameterratiois20;andtheothertestWasinOceanBasin,length-,asystematicframeworkusedforexperimentsetupisdeveloped,,aperfectreconstructionmethodisdeveloped,whichallowsUStoreconstructtherisermotionfromalimitednumberofsensorsplacedalongitslength,includingtheresonantmode,