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均匀流作用下柔性悬垂管涡激振动响应特性试验研究
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作者 王靖 许玉旺 +3 位作者 任浩杰 付雪鹏 付世晓 张萌萌 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期1405-1419,共15页
温差能发电是近年海洋可再生能源研究的热点,悬垂取水管作为温差发电装置中提取深层冷海水的关键结构,其涡激振动响应特性尚不明确。本文开展了均匀流下悬垂管的涡激振动水池模型试验,利用光纤光栅应变传感器测量涡激振动应变响应,通过... 温差能发电是近年海洋可再生能源研究的热点,悬垂取水管作为温差发电装置中提取深层冷海水的关键结构,其涡激振动响应特性尚不明确。本文开展了均匀流下悬垂管的涡激振动水池模型试验,利用光纤光栅应变传感器测量涡激振动应变响应,通过模态分析法、小波变换等数据处理方法研究悬垂管的幅值和频率特征。分析试验结果发现:均匀流作用下,悬垂管的涡激振动位移响应最大幅值主要位于悬垂管底部;柔性悬挂立管IL(in-line)和CF(cross-flow)主导频率基本满足二倍频关系,但是在模态转换的流速工况下会出现IL和CF方向主导频率相同的现象,同时伴随着明显的“行波”、“多频响应”以及“时间共享”特征;处理得到背景洋流作用下悬垂管的CF和IL方向斯特哈尔数分别为0.15和0.30,略小于以往两端铰支柔性立管试验结果,该值将为悬垂输水管涡激振动预报研究提供参数输入。 展开更多
关键词 悬垂管 柔性立管 涡激振动 模型试验
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弹性浮体的二阶平均漂移力研究
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作者 李帅 付世晓 张仕元 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期651-662,共12页
本文基于离散模块思想,提出一种求解弹性浮体二阶平均漂移力的数值方法。首先将连续弹性浮体离散为弹性梁连接的刚性模块系统,实现弹性梁刚度和各模块水动力信息的耦合,在频域内求解浮体一阶水弹性响应。然后利用二阶多体水动力理论,并... 本文基于离散模块思想,提出一种求解弹性浮体二阶平均漂移力的数值方法。首先将连续弹性浮体离散为弹性梁连接的刚性模块系统,实现弹性梁刚度和各模块水动力信息的耦合,在频域内求解浮体一阶水弹性响应。然后利用二阶多体水动力理论,并考虑计及结构弹性变形影响后的各模块一阶运动信息,获得各刚性模块上的二阶平均漂移力。最后,利用该方法求解自由柔性驳船的平均漂移力,并与基于模态叠加思想的三维水弹性理论的计算结果进行对比验证。此外,由于本文方法在水动力求解方面的离散特性,该方法可直接拓展到非均匀波浪场下浮体的水弹性响应分析。 展开更多
关键词 水弹性 离散模块 平均漂移力 频域
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均匀流作用下双柔性异管径立管响应特性试验研究 被引量:2
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作者 张智奇 任浩杰 +1 位作者 付世晓 张萌萌 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2021年第1期16-28,共13页
本文进行了不同水动力外径双柔性立管的均匀流干涉试验研究。试验中双管布置形式分别为并列形式、串列形式和交错形式,其中并列形式及交错形式双管壁面间距为3D~5D,串列形式壁面间距为3D~8D,两立管对应雷诺数分别为8500和5400。试验采... 本文进行了不同水动力外径双柔性立管的均匀流干涉试验研究。试验中双管布置形式分别为并列形式、串列形式和交错形式,其中并列形式及交错形式双管壁面间距为3D~5D,串列形式壁面间距为3D~8D,两立管对应雷诺数分别为8500和5400。试验采用布拉格分布光纤采集立管表面应变时历信息,进一步通过模态叠加法重构立管涡激振动位移响应。同时,本文分别对两立管横流向沿管长方向的位移RMS值和振动频率,以及横截面位移轨迹和顺流向位移最大值进行了分析研究。研究结果分析表明,并列形式两管发生干涉影响的范围与管径大小有关,管径越大干涉范围越大;交错形式下,处于尾流中的立管同时受到涡激振动和尾流诱导振动的影响;而串列形式某些管间距布置形式下,处于尾流中的立管主要受尾流诱导振动的影响。 展开更多
关键词 干涉 柔性立管 涡激振动(VIV) 尾流诱导振动(WIV) 遮蔽效应
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风浪流作用下海上救援船轨迹跟踪能力研究 被引量:1
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作者 宋春辉 韩芸 +2 位作者 付世晓 欧绍武 位巍 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2020年第12期1584-1594,共11页
在海上救援过程中,两船受到的风浪流载荷之间相互干扰,十分复杂,因此救援船需要通过动力定位系统跟踪失事船的轨迹。本文建立了双船时域运动的仿真模型,用以研究海上救援过程中PID控制系统的可行性;应用三维势流理论求解双船的波浪载荷... 在海上救援过程中,两船受到的风浪流载荷之间相互干扰,十分复杂,因此救援船需要通过动力定位系统跟踪失事船的轨迹。本文建立了双船时域运动的仿真模型,用以研究海上救援过程中PID控制系统的可行性;应用三维势流理论求解双船的波浪载荷,考虑了双船间的相互干扰,而风载荷和流载荷则通过经验公式计算得到,并考虑遮蔽引起的折减;为了评估不同的救援策略,针对浪向角、海况和双船间距进行了敏感性分析。仿真结果表明,风流载荷对于失事船舶最终的艏摇状态具有显著影响,在恶劣海况下定位误差将显著增大,90°的风(或流)向角、偏远些的船间距和较低的海况将有利于救援。 展开更多
关键词 海上救援 时域 风流载荷 动力定位 PID控制器
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一种基于离散模块的浮体水弹性响应预报方法 被引量:3
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作者 位巍 付世晓 宋春辉 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期43-50,共8页
文章基于传统的多体水动力学和有限元方法,将连续的浮体离散为由有限个弹性梁元连接的刚体子模块,各个模块不仅受到相邻模块的水动力的干扰,同时还受到为保证结构连续性而引入的等效连接梁的作用,从而建立了一种新的可以用于求解浮体水... 文章基于传统的多体水动力学和有限元方法,将连续的浮体离散为由有限个弹性梁元连接的刚体子模块,各个模块不仅受到相邻模块的水动力的干扰,同时还受到为保证结构连续性而引入的等效连接梁的作用,从而建立了一种新的可以用于求解浮体水弹性响应的数值方法。采用文中的数值计算方法,对一个箱形的超大型浮体的水弹性响应进行了研究。并通过与传统的水弹性方法计算结果的对比,证明了文中的方法的正确性和可靠性。该文的数值计算方法可为以后非均匀海洋环境下浮式结构物的水弹性响应计算提供依据。 展开更多
关键词 多体水动力学 有限元 刚度阵 超大型浮体 水弹性
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分置式浮桥水弹性响应频域预报方法 被引量:2
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作者 位巍 宋春辉 +1 位作者 付世晓 任桐鑫 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2020年第10期1302-1314,共13页
跨海分置式浮桥在海上交通运输方面具有重要应用前景。由于跨度较长,柔性较大,在波浪作用下浮桥会发生明显的弹性变形。本文结合有限元理论与三维势流理论,建立了浮筒与浮桥运动相互耦合的频域运动方程。浮筒的波浪力、附加质量、阻尼... 跨海分置式浮桥在海上交通运输方面具有重要应用前景。由于跨度较长,柔性较大,在波浪作用下浮桥会发生明显的弹性变形。本文结合有限元理论与三维势流理论,建立了浮筒与浮桥运动相互耦合的频域运动方程。浮筒的波浪力、附加质量、阻尼系数参数通过WAMIT软件得到。浮桥的整体质量阵和刚度阵由有限元方法获得。通过编写程序,求解了浮筒与浮桥耦合的运动方程,对不同波浪角度、波浪频率作用下浮桥的水弹性响应进行了研究。计算结果表明,浮桥的弯矩和扭矩分布呈现明显的多峰值现象,0°浪向下,在波长等于两倍浮筒间距时,垂向弯矩出现第一个峰值。 展开更多
关键词 分置式浮桥 浮筒 水弹性 有限元
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FPSO系泊系统数值分析方法对比研究
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作者 赵冰 姜季江 +1 位作者 付世晓 许玉旺 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2023年第10期1496-1506,共11页
系泊系统是保证浮体安全定位作业的重要装备,在不同设计阶段可采用不同的数值分析方法。准静态方法采用悬链线方程模拟系泊系统,解耦动力方法将准静态方法获得的船体运动响应作为系泊系统有限元模型的顶端运动边界条件,耦合动力方法将... 系泊系统是保证浮体安全定位作业的重要装备,在不同设计阶段可采用不同的数值分析方法。准静态方法采用悬链线方程模拟系泊系统,解耦动力方法将准静态方法获得的船体运动响应作为系泊系统有限元模型的顶端运动边界条件,耦合动力方法将船体运动方程与系泊系统有限元动力学控制方程联立求解,这三种方法耦合程度依次增强。为了对比不同分析方法的计算精度与效率,针对FPSO采用三种数值方法开展多点系泊系统总体动力响应计算,通过对比分析船体运动响应及系泊张力结果发现:系泊系统对船体运动具有一定的阻尼作用,在准静态方法中需予以考虑;相对于耦合动力方法,解耦动力分析方法能够在保证计算准确性的基础上节省计算时间,提高计算效率。 展开更多
关键词 系泊系统 准静态方法 解耦动力方法 耦合动力方法 FPSO
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Hydrodynamics of A Flexible Riser Undergoing the Vortex-Induced Vibration at High Reynolds Number 被引量:1
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作者 REN Tie ZHANG Meng-meng +1 位作者 fu shi-xiao SONG Lei-jian 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2018年第5期570-581,共12页
This study proposed a method to obtain hydrodynamic forces and coefficients for a flexible riser undergoing the vortex-induced vibration(VIV), based on the measured strains collected from the scale-model testing with ... This study proposed a method to obtain hydrodynamic forces and coefficients for a flexible riser undergoing the vortex-induced vibration(VIV), based on the measured strains collected from the scale-model testing with the Reynolds numbers ranging from 1.34 E5 to 2.35 E5. The riser is approximated as a tensioned spatial beam, and an inverse method based on the FEM of spatial beam is adopted for the calculation of hydrodynamic forces in the cross flow(CF) and inline(IL) directions. The drag coefficients and vortex-induced force coefficients are obtained through the Fourier Series Theory. Finally, the hydrodynamic characteristics of a flexible riser model undergoing the VIV in a uniform flow are carefully investigated. The results indicate that the VIV amplifies the drag coefficient, and the drag coefficient does not change with time when the CF VIV is stable. Only when the VIVs in the CF and IL directions are all steady vibrations, the vortex-induced force coefficients keep as a constant with time, and under"lock-in" condition, whether the added-mass coefficient changes with time or not, the oscillation frequency of the VIV keeps unchanged. It further shows that the CF excitation coefficients at high frequency are much smaller than those at the dominant frequency, while, the IL excitation coefficients are in the same range. The axial distributions of the excitation and damping region at the dominant frequency and high frequency are approximately consistent in the CF direction, while, in the IL direction, there exists a great difference. 展开更多
关键词 flexible riser vortex-induced vibration vortex-induced force excitation coefficient added-mass coefficient drag coefficient
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Hydrodynamics of the Semi-Immersed Cylinder by Forced Oscillation Model Testing 被引量:1
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作者 SONG Chun-hui fu shi-xiao +3 位作者 TANG Xiao-ying HU Ke MA Lei-xin REN Tong-xin 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2018年第1期110-116,共7页
In this paper, the hydrodynamic coefficients of a horizontal semi-immersed cylinder in steady current and oscillatory flow combining with constant current are obtained via forced oscillation experiments in a towing ta... In this paper, the hydrodynamic coefficients of a horizontal semi-immersed cylinder in steady current and oscillatory flow combining with constant current are obtained via forced oscillation experiments in a towing tank. Three nondimensional parameters(Re, KC and Fr) are introduced to investigate their effects on the hydrodynamic coefficients.The experimental results show that overtopping is evident and dominates when the Reynolds number exceeds 5×105 in the experiment. Under steady current condition, overtopping increases the drag coefficient significantly at high Reynolds numbers. Under oscillatory flow with constant current condition, the added mass coefficient can even reach a maximum value about 3.5 due to overtopping while the influence of overtopping on the drag coefficient is minor. 展开更多
关键词 semi-immersed cylinder hydrodynamic coefficient forced oscillation experiment OVERTOPPING
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Tension and Drag Forces of Flexible Risers Undergoing Vortex-Induced Vibration 被引量:2
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作者 SONG Lei-jian fu shi-xiao +2 位作者 LI Man GAO Yun MA Lei-xin 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2017年第1期1-10,共10页
This paper presents the results of an experimental investigation on the variation in the tension and the distribution of drag force coefficients along flexible risers under vortex-induced vibration(VIV) in a uniform... This paper presents the results of an experimental investigation on the variation in the tension and the distribution of drag force coefficients along flexible risers under vortex-induced vibration(VIV) in a uniform flow for Reynolds numbers(Re) up to 2.2×10^5. The results show that the mean tension is proportional to the square of the incoming current speed, and the tension coefficient of a flexible riser undergoing VIV can be up to 12. The mean drag force is uniformly and symmetrically distributed along the axes of the risers undergoing VIV. The corresponding drag coefficient can vary between 1.6 and 2.4 but is not a constant value of 1.2, as it is for a fixed cylinder in the absence of VIV. These experimental results are used to develop a new empirical prediction model to estimate the drag force coefficient for flexible risers undergoing VIV for Reynolds number on the order of 10^5, which accounts for the effects of the incoming current speed, the VIV dominant modal number and the frequency. 展开更多
关键词 Reynolds riser cylinder vortex Vortex hydrodynamic empirical turbulent averaged oscillating
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