凸起型螺旋导板扰流抑制试验研究

为深入研究安装螺旋导板的深水立管涡激振动规律,设计一种月牙凸起型螺旋导板抑振装置,月牙凸起采用橡胶材料,在凸起两端肋高最低处连接成螺旋状。通过变化螺旋导板的螺旋数、螺距及螺高等形状参数,在风-浪-流联合水槽中进行安装该抑振装置的立管涡激振动试验,研究该抑振装置对涡激振动的抑制效率及其对立管动力响应的影响规律。研究结果表明,凸起型螺旋导板可取得优异的抑制效率,有效地降低由漩涡脱落引起的横向振动幅值;随着螺旋数的增加,螺旋导板抑制效率有所提高,但增幅降低,增加螺距对抑制效率影响不大,而随着螺高的增加,抑制效率有较大增幅;同时该抑振装置能有效地扰乱立管振动的主导频率,各抑振立管模型在示波区间内基本没有出现明显的主导频率。     

新型海洋立管涡激振动抑振装置的敏感性试验

将月牙扰流器按"八"字布置于立管表面用以抑制立管涡激振动,为研究其抑振效果,分析其抑振敏感性,在大型波、浪、流水槽进行涡激振动抑振试验。试验中采用有机玻璃管模拟立管,立管模型长1.5m,外径18mm,壁厚2mm,两端铰接,外流速分别为0.6、0.7m/s。按照不同螺高、螺距及迎水面形式设计8根具有正八字、倒八字抑振装置的不同类型抑振管,同时设计一根与抑振管相同配重的裸管,在立管表面粘贴应变计以测得动态应变数据,经过数据处理得到立管振动位移值。通过各抑振管间以及抑振管与配重裸管之间横向振动位移幅值的对比,研究抑振装置的抑振敏感性。结果表明:在适当尺寸及布置形式条件下,表面按"八"字布置月牙扰流器能够有效抑制立管横向涡激振动;迎水面月牙布置形式不同,抑振效果略显不同,迎水面布置为倒八字其抑振效果优于正八字,但该种抑振装置仍可实现全向性;抑振装置的螺高、螺距对抑振效果有一定影响,螺高增大、螺距减小有利于提高抑振效果。     

均匀来流下尾翼型抑振装置效果试验研究

基于控制尾流,阻止立管尾流漩涡脱落转换路径的涡激振动抑制机理,设计三角形尾翼、片状尾翼及交错尾翼等三种抑振装置。三种抑振装置分别安装于立管模型表面,立管模型采用外径为18 mm的透明有机玻璃管。通过在均匀流场中进行安装有该抑振装置的立管模型涡激振动试验,研究三种抑振装置对立管涡激振动的抑制效率,并通过与配重裸管的涡激振动数据对比,分析抑振装置对立管动力响应的影响规律。研究结果表明,三种抑振装置均取得了明显的抑振效果,与配重裸管相比,安装片状尾翼及交错尾翼的立管模型抑制效率可达90%以上,安装三角形尾翼后立管模型振动频率略有减小,而安装片状尾翼及交错尾翼的立管模型没有明显的主导频率。     

月牙肋抑振装置对柔性立管涡激振动抑振作用的试验研究

海洋立管的涡激振动会对立管结构的疲劳寿命产生严重的影响。提出1种月牙肋抑振装置,通过在室内水槽中进行物理模型试验,研究该装置在涡激振动情况下对立管的抑振作用。测得该装置在立管表面不同布置方式时顺流向及横流向振动的应变时程曲线,使用DASP软件对所测数据进行分析处理,得到立管的振动幅值和功率谱。试验结果表明:这种月牙肋抑振装置可明显降低立管模型的振动幅值,且对振动频率有一定的影响,同时也表明不同的布置方式对立管的抑振效果也不相同。     

海洋立管抑振装置优化布置的实验研究

设计1种梯形截面的三螺旋导板抑振装置,在实验室大型水槽进行海洋立管涡激振动实验.通过改变这种抑振装置的覆盖方式和覆盖范围,研究梯形截面螺旋导板的不同覆盖方式和覆盖范围对抑制海洋立管涡激振动的作用.实验时用动态电阻应变仪采集立管模型横向和顺流向的动态响应数据,并利用雨流计数法对模型进行疲劳分析.实验结果表明:在外流流速相同的条件下,三螺旋导板各种覆盖方案对涡激振动都有抑制作用;随着螺旋导板覆盖率的增加,立管的振动减弱,疲劳寿命增加;覆盖螺旋导板的立管顺流向振动频率明显降低,横向振动频率当覆盖率较高时有所降低,覆盖率较低时基本没有变化.     

三根附属控制杆对海洋立管涡激振动抑制作用实验研究

海洋立管的涡激振动会严重影响立管结构的使用寿命.通过室内水槽实验研究在立管模型周围等分布置三根附属控制杆来减小立管涡激振动响应的新型抑制措施.实验中观测了0.24 m/s、0.31 m/s、0.37 m/s以及0.44 m/s四种均匀流和两个极限来流方向下的涡激振动抑制效果.实验结果表明:三根附属控制杆抑制措施可明显降低立管模型的横向振动幅值,但对主管的振动频率改变不大;同时,这一抑制措施对来流方向有较强的适应性,避免了以往单根控制杆在流向发生改变时可能加剧立管涡激振动的弊端.     

海中输流立管涡激振动试验研究及疲劳寿命分析

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.     

考虑内流的海洋立管动力特性和动力响应的实验研究

本文考虑管内流体和管外流体的共同作用,对海洋立管进行试验研究。试验在中国海洋大学物理海洋试验室进行,通过试验得到了立管的一些有价值的规律:随着外流流速逐渐增大,立管的一阶激振频率也逐渐增大,在一定的外流速下,会激起立管的二阶激振频率甚至于三阶激振频率,由于立管的刚度较大,内流对立管的影响并不明显。但是当外流达到一定流速,这种影响就会显现出来,内流的存在会降低海洋立管的振动频率。     

海洋立管试验支座设计及其对涡激振动影响研究

针对大长细比顶张力立管内外流共同作用时涡激振动的试验研究,考虑端部铰接和固接两种边界条件,设计了可施加张力和内流的铰接支座和固接支座,并对两种支座进行数值模拟及受力分析,最后用于深水立管的涡激振动试验。立管模型材料采用6.2 m长铜管,外径20 mm,壁厚1.5 mm,分别支撑在铰接支座和固接支座上,施加不同的顶部张力、外流流速和内流流速。通过在立管表面粘贴光纤光栅应变计获得动态应变数据,分别从动态响应幅值、频率等方面对不同边界条件立管的试验数据进行对比分析,得出在顶张力、内流速相同的情况下,外流速相等时两端铰接立管的振动幅值大于两端固接立管,随着外流速的增加,两端铰接立管比两端固接立管率先发生锁振现象。     

涡激振动实验中的流速增大装置研发与性能研究

拖曳水池中进行立管涡激振动实验时,为了保证采样时间长度,难以达到较高的Re数。流速增大装置可以在不提高拖车车速的情况下增大立管外的流速。利用这种流速增大装置还可实现流速分层流场中细长柔性立管涡激振动实验。经过对流速增大装置中的进流段曲线进行优选,发现Witozinsky曲线的总体性能最好。在对流速增大装置进行水池实验和数值模拟后,发现流速增大区域的流速增大倍数接近进流段收缩比,流速增大区域流场比较稳定、均匀,流速增大装置对其外的流场影响很小。此流速增大装置不但可应用于拖曳水池中的立管涡激振动实验,还可以应用于对流速要求较高的水下航行体的水池试验,如鱼雷、水下机器人等。