海底管线涡激振动响应动力特性

海底管线管跨段的涡激振动,尤其是管跨在涡激振动下的频率锁定现象,是引发海底管线断裂失效的主要因素之一．通过对不同尺寸管道在不同流速条件下的漩涡发放频率、结构自振频率以及振幅的测量实验,找出了圆形管道在稳定流中涡激振动的规律,提出了由约化速度来控制涡激振动的方法为了将模型实验结果与理论计算结果进行比较,建立经验参数与不同实验条件下的物理参数之间的关系,利用尾流振子模型方法计算模型的涡激振动动力响应．通过模型实验说明尾流振子模型方法求解管道涡激振动的可行性,计算结果与实验结果吻合较好．     

基于尾流振子模型的套管涡激振动响应研究

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。     

传统Spar平台垂荡-纵摇耦合内共振响应

本文中研究规则波浪下经典Spar平台垂荡-纵摇耦合运动内共振动力特性．考虑垂荡频率与纵摇频率的2：1的内共振关系,在无系泊状态下建立了平台非线性耦合运动微分方程．应用MOSES软件建立了平台模型,计算了不同波浪周期下的一阶波浪激励力．采用多尺度方法求解垂荡-纵摇耦合运动响应的定常解并进行数值验证．计算结果表明,当波浪频率接近垂荡固有频率且波高达到某一极限时,平台垂荡运动的能量达到饱和;当波高继续增加时,垂荡能量开始向纵摇运动转移,导致平台发生大幅纵摇运动．     

内置集成浮力罐的几何形Spar平台运动性能数值模拟

对一种新的深海单柱式平台--内置集成浮力罐的几何形Spar (Geometric Spar, G-Spar)的运动性能进行了数值计算研究,并与模型试验结果进行了比较.G-Spar平台结构复杂,探索性地建立了简化的三维水动力数值模型,对包括系泊缆和立管在内的耦合系统进行了运动响应传递函数(RAO)的频域分析和极端海况下的时域分析.研究表明,运动响应传递函数及极端海况下运动时历的计算结果和试验结果基本一致,G-Spar平台具有良好的运动性能,垂荡板对降低G-Spar平台的垂向运动起到了关键性的作用.     

经典式Spar平台涡激运动与驰振特性的对比试验

为研究经典式Spar平台的涡激运动和驰振特性,开展了平台在系泊状态下的水池模型试验,分析不同流速作用下Spar平台的横荡运动特性,并通过对比仅流、仅波浪与波流耦合工况试验结果,分析波流耦合作用对Spar平台涡激运动和驰振运动性能的影响.结果表明:高折合速度的海流使得Spar平台发生驰振运动,相比涡激运动,其振荡周期更长...     

时变风中Spar平台系泊系统的耦合动力分析

在中国南海东部百年一遇的台风海况下,考虑不同风载荷的计算方式,对某Classic-Spar平台及其系泊缆索的动力响应作了时域非线性数值模拟.首先将平台频域水动力结果变换到时域;然后运用非线性有限元方法计算张紧式系泊缆索的动张力特性;最后运用四阶龙格-库塔法在时间域内计算平台及其系泊系统的非线性耦合运动方程.分析结果表明:在时变风的作用下,平台运动不仅会偏离平衡位置,而且由于时变风的特征频率通常在Spar平台水平面运动的自振频率附近,因此相对于稳态风,考虑时变风的影响将会激起平台大幅度的水平面慢漂运动响应,从而诱发很大的系自张力.     

阶梯状来流中立管的涡激振动响应预报

将变参数受拉柔性梁的有限元模态分析与涡激振动预报结合在一起,建立了变参数柔性立管的横向涡激振动预报模型,考虑到海洋立管的模态信息与涡激振动响应高度耦合,为合理计算附加质量对模态信息的影响,模态分析与涡激振动响应预报迭代进行.其中,使用有限元方法对立管进行模态分析,考虑了质量、拉力、抗弯刚度沿立管轴向的变化;在此基础上,涡激振动响应计算在各个模态上分别进行.在出现多模态参与的情况时,比较各模态的振幅,对模态受力进行折减.与近期阶梯状来流作用下立管涡激振动实验结果的比较显示,本文模型是有效的.     

大长细比圆柱体顺流向与横向耦合涡激振动的研究

针对大长细比圆柱体的涡激振动问题,建立了柱体顺流向与横向耦合的涡激振动模型,在尾流振子模型的基础上,引入了柱体振动的加速度耦合项,同时考虑到柱体振动瞬时速度的变化,引入了非线性流体力模型.采用有限差分法求解柱体的振动方程,计算结果与实验结果的对比显示,该文模型能较好地模拟大长细比圆柱体涡激振动的重要特性,包括振动频率、振动模态、驻波与行波的特征等.柱体在顺流向的变形曲率与横向的变形曲率在同一量级,说明两个方向的振动对于结构疲劳破坏的贡献同等重要.     

矩形截面半潜式平台浪流耦合作用涡激运动响应二维数值模拟

通过计算流体力学(CFD)数值模拟,针对一型采用矩形截面立柱设计的深吃水半潜式生产平台,研究其在波浪和流共同作用时的涡激运动响应.选取典型135°来流方向,以正弦振荡流模拟波浪,考虑不同KC数、不同相对流数下波浪与同向均匀流耦合作用.研究表明,较之于仅有均匀流作用,均匀流和正弦振荡流耦合作用时,矩形截面立柱的半潜式平台运动响应明显增大.振荡流耦合作用影响显著.     

横向有限应变对张力腿平台空间涡激振动响应的影响

为研究张力腿平台的动力响应问题,基于Hamilton原理,根据克希霍夫假设以及拉格朗日函数,得到张力腿海洋平台空间运动的运动方程和边界条件,运用有限差分法对运动方程和边界条件进行离散,最终采用吉尔法求解微分方程组.采用半经验Morison公式模拟流体力的作用,在不同水流流速作用和涡旋脱落载荷共同作用下,比较了横向有限应变对空间涡激振动响应的影响.计算结果表明:当涡旋脱落频率接近结构的固有频率时,横向有限应变对涡旋脱落载荷作用方向的横向位移响应将产生较明显的影响,可产生超过30%的偏差.然而,即使在涡旋脱落频率不靠近结构的固有频率时,横向有限应变对水流作用方向的横向位移响应和轴向位移响应都有很大的影响,可产生100%以上的偏差.     

深海几何形单柱式平台的运动分析

基于三维源法和Pinkster近场法分析了几何形单柱式平台(Geometric Spar)的运动特性,计算了其在不同频率下的水动力系数、一阶波浪干扰力(力矩)和二阶波浪慢漂力(力矩)以及一阶运动响应,平台上加装的垂荡板根据Morison公式计算.将理论得到的纵荡、垂荡和纵摇运动的一阶运动响应函数、运动谱以及统计值与相应的试验结果进行了比较,试验中浪向角180°,波浪采用西非的极限波浪.结果表明:理论值与试验结果符合较好;几何形单柱式平台纵摇运动的低频分量不可忽略;平台八角形的截面形状加上垂荡板使得这种柱型平台在深海开采中具有一定的优势.     

弹塑性反应谱及其在抗震设计中的应用

由于当采用抗震规范中的弹性反应谱估算结构弹塑性变形时有许多局限性,该文提出了在抗震设计中直接使用弹塑性反应谱计算在罕遇地震作用下结构的弹塑性反应.该文利用弹性反应谱和Vindic模型中的R-μ-T关系,通过理论分析,推导了弹塑性反应谱的一般表达式,并且提出了弹塑性反应谱在地震作用计算中的应用方法.根据算例分析,延性系数越大,楼层地震剪力越小,但延性系数对层间位移的影响很小.另外,在罕遇地震作用下根据该文提出的方法计算而得到的层间弹塑性位移比根据抗震规范中所提出方法得到的层间弹塑性位移小.     

独塔斜拉桥桥塔反应谱分析

摘要：本文对独塔双索面斜拉桥门形桥塔进行反应谱分析,分别建立斜拉桥桥塔裸塔有限元模型和在全桥分析中的桥塔有限元模型,并计算两模型在E1地震作用下的内力和位移,比较和分析两种模型的内力和位移的异同及分布规律,以及分析两个模型分别在纵桥向、横桥向及竖向地震作用下的内力和位移分布规律。     

悬臂自升式钻井平台运动对隔水导管的响应

以间隙单元模拟隔水导管系统与导管架平台导向支撑间的相互作用,利用有限元法研究悬臂自升式钻井平台运动、导管架平台偏移等位移荷载作用下隔水导管系统的挠曲变形响应,并以隔水导管系统的强度与稳定性为设计准则,分析钻井平台与固定平台相对位移同相和反相的最大相对运动位移及其弯矩分布。计算结果表明,在给定的隔水导管强度和截面尺寸下,钻井平台的最大相对位移为75.0 cm。     

磁致空气自然对流的数学模型

为研究流体磁化率随温度变化的磁致自然对流产生的原因和物理机理,推导了磁浮升力的表达式,并分别对顺磁性流体和逆磁性流体进行了分析。以磁致空气自然对流为对象,对不可压、定常、层流流动提出其数学模型。在对数学模型量纲归一化分析的基础上,得到了磁Rayleigh数Ram公式。对二维封闭方腔内磁致空气自然对流在两种不同Ram工况下的流动和换热特性进行了数值模拟。结果表明,磁致自然对流的行为由流体的性质和Ram决定,对于给定的流体和几何形状,Ram确定了磁致自然对流的流动形态和换热特性。     

浮式海洋钻井钻柱对大钩位移的响应分析

海洋钻井平台的升沉运动对钻柱、钻压以及钻井操作具有较大影响.建立海洋浮式钻井平台钻柱系统动力学模型,利用级数法和机械振动理论求解得到钻柱系统运动响应,推导得出大钩位移量与钻压变化量的数学公式,通过Matlab计算得到给定钻柱长度下大钩的允许位移.分析计算结果为浮式钻井平台升沉补偿装置的开发提供设计依据,可以作为升沉补偿...     

基于基尼系数的岩溶地区水资源承载力演化的灰色分析——以贵州省为例

将经济学中的基尼系数统计方法引入岩溶地区水资源承载力演化的分析评价领域,提出构建岩溶地区各分区水资源与其内部产业用水匹配的区域基尼系数方法,并以贵州省为例计算出2000~2004年5年的一、二、三产业的区域基尼系数,总结了在此基础上反映的水资源承载力空间分配合理度的时间演化特征。并进一步用灰色统计的分析方法,分析各产业对水资源承载力演化驱动的贡献度。     

基于有限元和虚拟样机技术的螺纹与球铰连接扬矿管整体水平运动

为了研究螺纹与球铰连接两种情况下的扬矿管系统的整体水平运动,建立了螺纹连接和球铰连接扬矿管系统的几何模型,分析了系统的受力和约束情况,并分别用有限元和虚拟样机技术进行了4级海况时瞬时动态分析和动力学分析. 结果表明:螺纹连接扬矿管系统的最大横向偏移量较小,但是管体承受很大的弯矩;在球铰连接的系统中偏移量为6m左右,管体不受弯矩,相当于柔性管,接头应选用耐磨性较好的材料.     

一种帕金森患者行走步态的非线性特征分析

鉴于医师对帕金森患者病情严重程度的诊断存在一定的主观性,使其无法对患者进行更加有效的治疗,提出一种基于帕金森患者行走步态的非线性特征的客观定量分析方法.利用去趋势波动分析法和重复周期密度熵,对正常青年人、正常老年人以及老年帕金森患者的行走步态信号中的地面反作用力信息进行定量非线性分析,然后将所提方法的参数与传统时域参数进行相关性对比分析.实验结果表明:帕金森患者与正常人相比较,二者的步态信号在稳定性、长程相关性和重复周期性方面均有显著差别.研究结果能为帕金森患者病情的分级评估以及诊断康复,提供一种简单有效的指导方法.     

Measurements and analysis of force and moment of caudal fin model in C-start

The unsteady hydrodynamic forces and moments acting on caudal-fin models of fish with different shapes and different swing durations were experimentally measured to simulate the fish C-starts. The motion of models was characterized by rotating the model to a maximum deflection angle in an excursion time T_u and back to the initial position in a return time T_d around its root-axis. Studies show that the caudal-fin plays an important role in fish C-starts and the caudal-fins with different shapes and different swing durations generate different forces and moments. In addition, the hydrodynamic forces and moments acting on the models with different shapes can be normalized by the 2nd and 3rd moments of area, respectively. The forces and moments acting on the models with different swing durations, but the same ratio of T_u to Td can also be scaled.