海洋立管涡激振动的高倍谐振特性及其影响研究

基本信息
批准号:51509178
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:16.00
负责人:宋吉宁
学科分类:
依托单位:天津城建大学
批准年份:2015
结题年份:2018
起止时间:2016-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:蒋学炼,张娜,续丹丹,周淦,门雅爱
关键词:
涡元法涡激振动高倍谐振流固耦合海洋立管
结项摘要

Vortex-induced vibration (VIV) of marine risers is one of the frontier subjects in ocean engineering. However, the mechanism and effects of higher harmonics of vortex-induced vibration have not been known well. Both model tests and numerical simulations will be conducted in this work. Through analyzing existing experimental data, we will find the basic factors which affecting high harmonics of VIV of marine risers. With experimental tests, the mechanism and characteristics of the high harmonics of VIV will be revealed. Laser displacement sensors, particle image velocimetry (PIV) and strain and acceleration sensors will be combined to improve the accuracy of structural motion and vortex field measurement. Fast multipole method (FMM) will be used in order to improve the efficiency of the calculation of the vortex-induced velocity and reduce the work of numerical calculation. Radial basis function (RBF) will be applied to improve the accuracy of the calculation on vorticity diffusion by spatial correction. Then, coupled with the strip method, a quasi-3D DVM model will be established in order to predict the VIV of long flexible cylinders by combining the 2D DVM model with the finite element method (FEM) structure model. Then, numerical simulations of flow induced vibration of long flexible cylinders will be conducted. The simulation results will be compared with the experimental results to show whether the present DVM model could be reasonably used to predict the VIV of long flexible cylinders. Higher harmonics of the VIV response such as the third, fourth and fifth harmonics frequencies will be shown. Components of the high harmonics of VIV will be obtained by using wavelet analysis and modal analysis. By rainflow counting method, fatigue damage of the high harmonics of VIV will be obtained to find the effects of the high harmonics of the VIV including both in the in-line direction and cross-flow direction. The results of this work will be put forward for the optimization of the suppression method of VIV of marine risers.

海洋立管涡激振动是海洋工程领域的前沿课题,目前对海洋立管涡激振动高倍谐的机理特性及其影响尚不深入。为此,本项目拟从模型实验和数值模拟两个方面开展研究。分析已有相关实验数据,找到影响高倍谐振的基本要素,开展实验验证,进而揭示高倍谐振的产生机理和特性;应用激光位移传感器、粒子图像测速技术(PIV)与应变和加速度传感器相结合,提高立管运动与涡流形态的量测精度;应用多极子展开法计算流场中离散涡元涡诱导速度,减小计算量和存储量,采用径向基函数对涡核扩散进行空间修正,提高涡量扩散计算的准确性;采用切片理论,结合有限元结构模型,建立柔性立管涡激振动的准三维数值CFD模型;采用小波分析分离高倍谐振中的多个频率信号,应用模态分析法和雨流法计算分析运动响应特性和导致的疲劳损伤,提出高倍谐振在立管涡激振动中的影响范围和程度,包括横流向和顺流向两个方向的影响,为立管抑振方法和抑振措施的改进和提高提供理论依据。

项目摘要

海洋立管涡激振动是海洋工程领域的前沿课题,本项目从模型实验和数值模拟两个方面对海洋立管涡激振动高倍谐的机理特性及其影响开展研究。分析相关实验数据和文献资料,对影响高倍谐振的参数进行分析,开展模型实验,分析高倍谐振的产生机理和特性;应用模态分析和双侧传感器数据分析方法对涡激振动进行观测,提高了量测精度;应用多极子展开法计算流场中离散涡元涡诱导速度,减小计算量和存储量,采用径向基函数提高涡量扩散计算的准确性;采用切片理论,结合有限元结构模型,建立柔性立管涡激振动的准三维数值CFD模型;采用小波分析分离高倍谐振中的多个频率信号,应用模态分析法和雨流法计算分析运动响应特性和导致的疲劳损伤,提出高倍谐振在立管涡激振动中的影响范围和程度,包括横流向和顺流向两个方向的影响,为立管抑振方法和抑振措施的改进和提高提供理论依据。在本基金项目的支持下,研究成果发表5篇学术论文,其中3篇发表到China Ocean Engineering等SCI检索期刊,培养研究生3名。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
3

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
4

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

DOI:10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20201185
发表时间:2021
5

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

DOI:10.19701/j.jzjg.2015.15.012
发表时间:2015

宋吉宁的其他基金

相似国自然基金

1

尾流干涉下海洋立管涡激振动抑制研究

批准号:51309241
批准年份:2013
负责人:娄敏
学科分类:E1101
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

深海立管参激和涡激联合作用振动特性及其疲劳研究

批准号:51079097
批准年份:2010
负责人:唐友刚
学科分类:E1101
资助金额:42.00
项目类别:面上项目
3

深海柔性立管的涡激振动研究

批准号:10772183
批准年份:2007
负责人:陈伟民
学科分类:A0803
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
4

考虑顺流向振动和尾流三维效应的海洋立管涡激振动机理研究

批准号:50809047
批准年份:2008
负责人:及春宁
学科分类:E1101
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目