分布轴向力作用下隔水管横向自由振动分析

隔水管固有频率的精确计算对保证隔水管的安全使用和防止共振的发生有着极为重要的意义.在分析中,考虑了分布轴向力和顶张力的共同作用,建立了隔水管横向振动力学模型;基于牛顿定律和纵横弯曲梁理论,对微单元受力分析,得到隔水管横向自由振动的四阶偏微分方程;利用分离变量法将四阶偏微分方程简化为四阶变系数常微分方程;采用积分法求解四阶变系数常微分方程,得到隔水管横向自由振动固有频率的解析解.结果表明:(1)分布轴向力作用下隔水管横向自由振动的固有频率和振型,与将分布轴向力简化为集中力作用下隔水管的固有频率和振型有很大差别;(2)顶张力一定时,随着分布轴向力减小,隔水管固有频率增大;分布轴向力一定时,随着顶张力增大,隔水管固有频率增大;(3)采用积分法求解隔水管横向振动特性时,计算精度高,为隔水管的优化设计提供了可靠的理论依据.     

深水钻井隔水管在平台升沉运动下的参激振动响应分析

建立了深水钻井隔水管在平台升沉运动作用下的参激振动控制方程;利用振型叠加法将控制方程转化成马蒂厄方程形式,并用摄动法对马蒂厄方程进行求解;考虑海水的阻尼作用,得到了隔水管参激振动的马蒂厄不稳定区。最后对参激振动方程进行了实例求解,得到了参激振动下的隔水管位移,并在此基础上对参激振动的稳定性及隔水管强度进行了分析。结果表明:在给定的平台升沉周期与升沉振幅条件下,隔水管外径、壁厚、顶张力的变化均有可能引发隔水管产生参激共振;在不产生参激共振的情况下,隔水管Mises应力随隔水管外径与壁厚的增大而减小,随顶张力与升沉补偿装置轴向刚度系数的增大而增大;最大Mises应力均出现在隔水管顶部,沿水深近似成线性分布。     

隔水管弯曲对钻柱振动影响的计算与分析

海洋油气资源钻探中隔水管的弯曲对钻柱振动以及钻进特性有特别的影响。为得到隔水管弯曲对钻柱振动的影响规律,对南海已钻深水井使用非线性有限元软件建立全井钻井数值计算模型,研究获得了不同垂深时隔水管弯曲对钻柱振动特性的影响规律。研究表明:隔水管弯曲会加剧钻柱的振动,钻柱振动加剧会导致钻井能耗上升、钻头切削能力下降并且会加快钻柱疲劳;当隔水管的弯曲达到某临界值,钻柱与隔水管间的接触力会陡增;井口的钩载越大,隔水管弯曲带来的井口钩载波动量越大;井越深,隔水管弯曲对全井钻柱最大弯矩和钻头切削能力的影响越小。     

深水钻井隔水管与井口耦合作用力学仿真分析

深水钻井时由于海底情况复杂,井口系统的稳定性可能受到诸多因素的影响。本文结合实际工况,综合考虑浪流载荷和地基反力等因素,建立了深水钻井系统力学理论模型,并分析了张紧力和平台偏移量对隔水管和地层组合管柱力学行为的影响规律。分析结果表明:上部载荷对地层管柱作用都集中在管柱的上部较短区域,作用能力有限;增加张紧力可以减小隔水管的横向位移和截面弯矩,有利于隔水管的稳定,但是会增加地层组合管柱的横向位移和弯矩,增加井口装置倾覆的风险;过大的平台偏移量会导致全段管柱较大的横向位移和截面弯矩,使得管柱被破坏的可能性大幅度增加。所以在钻井作业时,有必要控制平台偏移量,取用合适的张紧力,保证作业安全。     

带整流罩隔水管流场特性的大涡模拟研究

为了深入揭示整流罩抑制涡激振动的机理,采用CFD软件FLUENT,结合大涡模拟方法,分别对附加整流罩前后隔水管模型的绕流流场进行模拟,将附加整流罩前后隔水管周围的流场特性、升力系数、阻力系数及其频谱特性等进行对比分析.结果表明,整流罩能有效抑制隔水管尾流区的漩涡脱落,隔水管背部的压力升高,升力系数和阻力系数显著降低,从而抑制了隔水管的涡激振动.     

动能梯度环形截面梁的横向自由振动

对功能梯度材料制成的环形截面梁,假设材料的物性参数沿壁厚方向按幂率变化,基于Lagrange函数和Hamilton 原理,建立了该梁横向自由振动的Hamilton 对偶方程组. 采用辛方法求解了Hamilton 矩阵的辛本征问题,得到了简支、两端固定、悬臂和左端固定右端铰支4 种约束的FGM(functionally gradedmaterials)环形截面梁的固有频率和振型函数. 算例给出了这4 种约束的FGM 环形截面梁前8 阶无量纲固有频率随材料体积分数的变化规律,分析了材料体积分数对FGM 环形截面梁固有频率的影响.     

载流导线的横向非线性振动

研究二长直电流间载流导线的横向非线性振动，采用广义加权残值法偏偏微运动方程简化。导线载直流时得到Ｄｕｆｆｉｎｇ方程，求出解和频率的精确形式和近似形式。导线载交流时得到非线性Ｍａｔｈｉｅｕ方程，共振解摄动法得到。交直流载的频幅流形都反应出二长直电流间载流导线横向振动典型的非线性。     

热环境下功能梯度夹层双曲壳自由振动分析

功能梯度夹层双曲壳结构广泛应用在航空航天、海洋工程等领域中,对于该类结构的动力学特性研究非常重要.论文以热环境下功能梯度夹层双曲壳为研究对象,在三阶剪切变形理论的基础上,考虑横向拉伸作用的影响提出了一种新的位移场,假设材料的物性参数与温度有关,且沿厚度方向表示为幂律函数.利用Hamilton原理得到简支边界条件下功能梯度夹层双曲壳三维振动系统动力学方程,利用Navier法求得两种不同夹层类型的系统固有频率.研究了几何物理参数和温度场对功能梯度夹层双曲壳自由振动固有频率的影响.     

转子的热膨胀与横向振动

应用预应力法，采用ANSYS软件分析了转子热膨胀及轴向推力对横向振动的影响，并以某汽轮发电机组模型中汽轮机转子为对象进行了优化设计。     

火炮身管横向振动分析

确定身管的固有频率与振型是研究火炮振动最基本的问题。本文研究了身管在射击平面内横向固有振动的解析解,导出身管的各阶固有频率与固有振型的通用修正计算公式,与建立有限元模型相比,用此式估算身管固有特性简便快捷,实例表明该式也具有较高的计算精度。     

砂土中螺旋锚基础水平振动特性的模型试验研究

在水平激励作用下,钢管螺旋锚基础-土的动力相互作用具有明显的非线性特性。基于自制的锚土动力相互作用模型试验系统,对砂土中不同锚体几何结构的钢管螺旋锚的水平振动响应特性进行了研究,具体分析了螺旋锚长径比(L/D)、叶片距宽比(S/D0)、叶片外伸比(D0/D)、不同荷载幅值(F0)和振动频率(f)等对螺旋锚水平动力响应特性的影响,并与直桩进行了对比分析。通过研究螺旋锚周围土体的应力扩散,讨论了水平动力荷载作用下螺旋锚-土的相互作用规律。研究结果表明:长径比(L/D)是影响直桩和螺旋锚水平动力响应特性的重要因素;在锚径相同的条件下,锚土系统的共振频率随锚体长径比的增加而减小,随叶片外伸比的增加而增加,但对叶片距宽比相对不敏感;在锚体几何结构相同的前提下,激振荷载幅值越大,直桩土系统的共振频率越小,但激振荷载幅值对螺旋锚土系统共振频率的影响相对较小。     

小当量炸药深水爆炸气泡脉动模拟实验

为在实验室内开展深水爆炸气泡脉动规律研究, 通过增加水面大气压强来模拟水中静水压的方法, 建立可模拟深水环境的爆炸容器。开展不同模拟水深条件下的3种当量炸药的水下爆炸实验, 得到了气泡脉动过程图像, 验证小当量深水爆炸模拟实验与自由场实验的等效性, 分析气泡脉动周期与最大半径同模拟水深的关系。实验结果表明:容器壁面反射效应对气泡脉动过程的影响可以忽略不计, 模拟实验可等效为自由场实验; 深水爆炸气泡脉动周期及最大半径随流体静力深度增加的衰减系数分别为-0.83和-0.364。     

Drag amplification of long flexible riser models undergoing multi-mode VIV in uniform currents

Measurement data of long flexible riser models are used to study the drag amplification due to multi-mode vortex induced vibration (VIV). The riser model was towed in a towing tank, and vibration along its length was measured indirectly at a set of discrete points using accelerometers, along with the total drag and lift forces on the model. These data were used to fit expressions for the drag amplification taking into account the spatial variation of the vibration amplitude along the riser length. The results were compared with the existing empirical expression used in the VIV analysis tool SHEAR7 as well as other test data. It was found that the expression in SHEAR7 agrees well with the test data. However, for larger vibration amplitudes, it appears to under-predict the drag amplification.     

海洋柔性结构涡激振动的流固耦合机理和响应

对近几十年来国内外在涡激振动的基础研究包括机理认识和动响应分析等方面的进展进行了论述,尤其针对海洋油气平台中的立管、隔水管等细长柔性结构的涡激振动.描述了涡激振动这种典型的非线性流固耦合现象所具有的特征,包括自激、自限制、展向相关、尾迹水动力与结构动力的流固耦合等及其主要影响参数.介绍了目前常用的结构响应预测方法和相关实验.通过讨论当前理论研究和实际工程中的热点问题,诸如多模态宽带振动、浮体运动与水下立管的耦合、响应抑制措施、双向振动、高雷诺数下的大尺度物理实验等,对今后该领域的研究方向进行了力所能及的展望.     

Fluid-solid coupling and dynamic response of vortex-induced vibration of slender ocean cylinders

对近几十年来国内外在涡激振动的基础研究包括机理认识和动响应分析等方面的进展进行了论述,尤其针对海洋油气平台中的立管、隔水管等细长柔性结构的涡激振动.描述了涡激振动这种典型的非线性流固耦合现象所具有的特征,包括自激、自限制、展向相关、尾迹水动力与结构动力的流固耦合等及其主要影响参数.介绍了目前常用的结构响应预测方法和相关实验.通过讨论当前理论研究和实际工程中的热点问题,诸如多模态宽带振动、浮体运动与水下立管的耦合、响应抑制措施、双向振动、高雷诺数下的大尺度物理实验等,对今后该领域的研究方向进行了力所能及的展望.     

微重力下Stewart平台的主动减振系统研究分析

Stewart平台是一种并联减振机构,因其具有承载能力强、刚度大、结构稳定、精度高等优点,广泛应用于航天航空和精密仪器领域。采用Cubic构型Stewart平台并对压电陶瓷的力一位移关系线性化后,可简化成单自由度的线性主动控制系统,对六自由度的Stewart平台分散控制,在随机平稳白噪声的激励下考虑时滞影响,并对其解耦后的Stewart平台进行LQR数值分析,用Adams预测公式进行时滞补偿。分析结果表明：Stewart平台具有较好的减振性能,能有效减小平台在微重力干扰下引起的位移反应;时滞因素会降低LOR的控制作用;可通过Adams预测公式对时滞影响进行较好地补偿。     

大载荷下线振动微机械陀螺谐振频率漂移特性

线振动 MEMS 陀螺在大载荷条件下,驱动轴与检测轴的谐振频率会发生漂移,频差随载荷变大.这类型振动陀螺为了提高灵敏度往往将两个振动轴的谐振频率设计得尽量靠近,但当角速率载荷较大时,两个振动轴的谐振频率将发生分裂漂移,彼此互相远离.漂移量与向心加速度无关,近似与角速率载荷的平方成正比,且两轴的谐振频率越靠近漂移越剧烈.考虑到 Coriolis 效应的弹簧质量块二维振动数学模型可定量描述该现象,表明此现象为线振动陀螺 Coriolis 效应的一部分.理论分析、仿真研究和实验数据的不同角度对这种频率漂移特性的分析结果吻合良好,为进一步结构优化奠定了理论基础.     

On the repeated natural frequencies for torsional vibration of shafts

Ｗｈｅｎｗｅｓｔｕｄｙｔｏｒｓｉｏｎａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎ,ｔｈｅｇｅａｒｓａｒｅｇｅｎｅｒａｌｌｙｔｒｅａｔｅｄａｓｒｉｇｉｄｄｉｓｋｓ,ｓｈａｆｔｓｅｇｍｅｎｔａｓｔｏｒｓｉｏｎａｌｓｐｒｉｎｇｗｉｔｈｏｕｔｍａｓｓ．Ｅｖｅｎｉｆｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎａｌｉｎｅｒｔｉａｏｆｓｈａｆｔｓｓｅｇｍｅｎｔｃａｎｎｏｔｂｅｎｅｇｌｅｃｔｅｄ,ｔｈｅｙａｒｅｏｆｔｅｎａｌｌｏｃａｔｅｄｔｏｔｈｅｎｅｉｇｈｂｏｒｄｉｓｋｓｏｒｒｅｐｌａｃｅｄｗｉｔｈｓｏｍｅｒｉｇｉｄｄｉｓｋｓｃｏｎｃａｔｅｎａｔｅｄｂ…     

移动随机荷载作用下梁桥非平稳随机振动的PEM-FFT方法

针对移动随机载荷作用下桥梁结构非平稳随机振动问题,建立了一种基于频域分析的虚拟激励-傅里叶变换方法(PEM-FFT)。与通常的非平稳随机振动的时频分析方法不同,提出的方法完全在频域上执行。其主要特色是能够给出随机输入与随机输出的频域关系,表明移动载荷作用下结构非平稳随机振动分析仅需对载荷的确定性移动函数项进行计算。数值算例考虑了等截面/变截面简支梁受移动随机载荷作用的问题,首先与通常的时频分析方法进行对比,验证了PEM-FFT方法的正确性和有效性,进一步讨论了不同结构形式以及不同载荷移动速度对响应演变统计量的影响。