內波誘導的柔性構件流向大位移運動規律研究

《內波誘導的柔性構件流向大位移運動規律研究》是依託中國科學院力學研究所，由周濟福擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：內波誘導的柔性構件流向大位移運動規律研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周濟福
• 依託單位：中國科學院力學研究所

項目摘要

立管、錨鏈等大長徑比柔性管纜是深海浮式裝備的必備構件，複雜水動力條件導致的水下管纜破壞是深海浮式裝備發生重大事故的主要原因，內波作用下的水動力回響是其中的關鍵科學問題之一。然而，以往相關研究主要針對直立剛性或低柔性圓柱體等簡單細長結構，所涉及的水動力條件也是相對簡單的流場，且主要研究渦脫落導致的渦激振動，因而很難精確反映柔性管纜在內孤立波導致的上下層反向強剪下流中的水動力回響機制，特別是流體拖曳力導致的流向大位移運動，因而難以用於工程設計。鑒於此，本項目將深入研究內孤立波及其分裂孤立子串誘導的流場特徵，探索內孤立波特殊流場中大長徑比超柔性管纜的水動力載荷特徵與描述方法，建立流向大位移、強非線性水動力回響的力學模型，研究大長徑比直立和懸鏈線管纜對內孤立波的回響規律。本項目的研究將發展流固耦合力學的理論、模型和方法，並為深水工程設計提供科學依據，具有重要的科學意義和工程套用前景。

結題摘要

立管、錨鏈等大長徑比柔性管纜是深海浮式裝備的必備構件，複雜水動力條件導致的水下管纜破壞是深海浮式裝備發生重大事故的主要原因，內波作用下的水動力回響是其中的關鍵科學問題之一。然而，以往相關研究主要針對直立剛性或低柔性圓柱體等簡單細長結構，所涉及的水動力條件也是相對簡單的流場，且主要研究渦脫落導致的渦激振動，因而很難精確反映柔性管纜在內孤立波導致的上下層反向強剪下流中的水動力回響機制，特別是流體拖曳力導致的流向大位移運動，因而難以用於工程設計。本項目針對這一問題開展了深入細緻的研究，獲得了預期的研究成果。本項目建立了適用於真是海洋環境條件的內孤立波演化模型，深入研究了內孤立波經突變地形的分裂規律，提出了由兩個先鋒孤立子波幅預測所有分裂孤立子數目和波幅的簡便方法；提出了適用性更廣泛的海洋密度剖面的修正模型；獲得了內孤立波流場中直立立管水動力回響的理論解，可有效描述立管回響的主要特徵；建立了內孤立波特殊流場中大長徑比超柔性結構流向大位移回響的三維力學模型，闡明了頂張力立管位移、力矩、應力與內孤立波波幅的關係，闡明了懸鏈線立管位移、應力與水深、內孤立波波幅和傳播方向的關係。本項目研究所取得的研究成果發展了流固耦合力學的理論、模型和方法，為深水工程建設提供了科學的論證途徑和設計工具。