【摘 要】
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柱群在海流作用下出现的流激振动(Flow-induced vibration, FIV)是导致结构疲劳损伤的重要因素。业界已广泛开展了对孤立单圆柱流激振动的研究,但对柔性双圆柱系统流激振动的特性还有待进一步的深入探究。
本论文采用室内大尺度模型实验方法,通过改变圆柱间的间距,分析了雷诺数800-16000的范围内,12种不同空间排布下的双圆柱流激振动响应;通过在特定空间排布下的双圆柱系统内安装螺旋列板,分析了圆柱之间流场干涉作用对FIV抑制装置效果的影响。得到以下结论:
(1)大长径比
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柱群在海流作用下出现的流激振动(Flow-induced vibration, FIV)是导致结构疲劳损伤的重要因素。业界已广泛开展了对孤立单圆柱流激振动的研究,但对柔性双圆柱系统流激振动的特性还有待进一步的深入探究。
本论文采用室内大尺度模型实验方法,通过改变圆柱间的间距,分析了雷诺数800-16000的范围内,12种不同空间排布下的双圆柱流激振动响应;通过在特定空间排布下的双圆柱系统内安装螺旋列板,分析了圆柱之间流场干涉作用对FIV抑制装置效果的影响。得到以下结论:
(1)大长径比交错双圆柱的流激振动响应在横流向和顺流向上均有高模态、多模态共振的特点,且圆柱位移延轴向分布为驻波与行波结合的形式。
(2)对于交错柔性双圆柱,上下游圆柱的流激振动都受到了复杂的流场干涉的影响。上游圆柱的位移响应和斯托劳哈尔数变化符合临近干扰的规律,下游圆柱的响应则是由临近与尾流相结合的流场干扰所主导。由于尾流干扰影响,下游圆柱位移响应受“尾流颤振”机制主导。
(3)螺旋列板可以较好抑制交错上游圆柱流激振动响应,抑制效率受下游光滑或带抑制装置圆柱影响较小。对下游圆柱的振动抑制效率受上游尾流影响而下降,但没有出现串列排布下类似WIV(尾流弛振)的现象而引起结构位移激增。
通过研究交错空间排布下的多圆柱流固耦合响应、机理以及相应抑制措施,本文为海洋立管和系泊缆线等深海细长柔性圆柱结构的流激振动抑制装置制造和设计提供理论基础和参考依据,对于实际工程有重大意义。
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