《深海立管參激和渦激聯合作用振動特性及其疲勞研究》是依託天津大學，由唐友剛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：深海立管參激和渦激聯合作用振動特性及其疲勞研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：唐友剛
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
深水立管是海洋油氣平台的重要結構部件。在平台升沉運動作用下，立管發生參激振動，在海流作用下，立管出現渦激振動，二者聯合作用立管出現振動失穩、回響突變、分岔和混沌振動回響狀態，誘發立管疲勞破壞。本項目套用非線性動力學、水動力學理論和有限元方法，綜合考慮立管參激和渦激聯合激勵，研究立管的非線性隨機振動特性，包括參數激勵下立管的非線性振動特性，振動的失穩條件和穩定振動參數域；平台運動參數激勵和渦激聯合激勵立管的異頻振動包括亞諧、超諧和組合共振特性；研究立管參激振動疲勞特性，以及參激和渦激聯合作用下立管疲勞特性及其疲勞累積損傷分析理論。本研究目標是給出參激和渦激聯合作用下立管非線性隨機動力回響特性，立管參數振動穩定性的分析方法，揭示立管參激和渦激聯合作用下的失效機理，得出立管參激和渦激振動的疲勞特性，提出深海立管疲勞累積損傷的分析方法。本項目為深海立管的動力最佳化設計奠定理論基礎。
結題摘要
一、項目完成情況 按照“揭示機理、探索規律”研究思路，採用理論分析、數值仿真和實驗研究方法，基於預定的內容和目標展開研究。綜合考慮參激和渦激，確定參數激勵項，建立立管耦合振動分析模型；研究立管參激、參激渦激聯合振動的非線性振動特性，包括立管的亞諧和組合共振特性，研究參激渦激聯合振動的失穩條件；採用CFD方法和Van der Pol尾流振子模型模擬了深海立管渦激振動，分析了流速、頂張力、參數激勵等因素對立管渦激振動的影響；研究參激-渦激作用立管損傷特性和疲勞分析方法；考慮南海海清，基於CFD方法，研究了高雷諾數下立管拖曳力係數和升力係數的變化規律，綜合考慮拖曳力和渦激力，研究了立管二維和三維受迫振動。進行了立管參激渦激振動的試驗研究，內容包括立管的阻尼特性測試、固有頻率測試，在國內首次測試立管的參激-渦激振動，創新設計了測試方案。本研究取得了一系列創新成果，揭示了深海立管參激非線性振動特性和失穩機理，確定了參激對於立管渦激振動的影響規律，提出了參激渦激疲勞分析的理論與方法，實現了預定的研究目標，本項目預定研究內容和試驗工作全部完成。本課題成果可為我國立管的動力最佳化設計提供理論基礎和技術支撐。培養了博士和碩士研究生共7人，發表和錄用論文18篇，申請專利1項。參加了2次國際學術會議和1次國內學術會議。邀請外國專家來進行學術交流1次。 二、項目研究成果 1、提出了深海立管隨機參數激勵的確定方法，建立了深海立管參激-渦激聯合振動分析模型。提出了頂端可動邊界和固定邊界模型固有振動特性計算公式。該成果對於避免立管的渦激和參激諧振具有指導意義。 2、給出了深海立管參激和渦激作用下，立管的亞諧振動、組合共振的振動特性以及發生參數振動失穩的條件。揭示了立管發生一階參數共振的機理，以及立管一階參數共振不穩定區的分析方法。 3、在雷諾數較高和振幅比較大時，立管受迫振動的鎖定區間會增大，立管出現“鎖定”振動的頻率範圍加大，更易導致立管發生疲勞破壞。 4、參數激勵加劇了立管的渦激振動，立管橫向振動固有頻率約是參激頻率的0.5倍時，出現參數激勵內共振，參數激勵作用下，立管振動明顯增大，尤其立管底部振動位移和彎曲應力明顯增大。 5、揭示了參激-渦激振動立管疲勞損傷機理，提出了參激-渦激振動疲勞損傷預報方法，指出了減小立管參激振動影響和延長壽命的有效途徑。 6、提出了參激-渦激振動測試的方法和技術。
