导管架圆管风致涡激振动对总体疲劳性能的影响

研究了在建阶段导管架圆管发生风致涡激振动对整体疲劳性能的影响。建立了圆管动力学模型,分析了圆管的动力学特性;固定系数取值0.7模拟实际工程中圆管两端的焊接约束形式,计算了圆管的振动响应;基于线性累积损伤准则和S-N曲线计算了圆管发生风致涡激振动的疲劳损伤度,并根据规范计算出圆管在位阶段的疲劳损伤度,对比总结风致涡激振动对总体疲劳性能的影响以及振动抑制措施对疲劳性能的改善。研究表明,在建阶段导管架圆管发生风致涡激振动会明显地影响圆管的疲劳特性,降低疲劳寿命,因此可以通过绑定绳索、安装防振锤等手段减少结构的疲劳损伤。

风致涡激振动作用下随桥电缆的疲劳寿命分析

桥梁的风致涡激振动是影响随桥电缆疲劳寿命的因素之一,采用有限元法对随桥电缆在风致涡激振动作用下的疲劳寿命进行分析。首先,建立桥梁的二维瞬态流-固耦合数值模型,采用动网格和用户自定义函数(UDF)技术实现桥梁的瞬态振动位移响应求解;其次,将桥梁的单位振动位移作为边界条件施加在电缆上,获取电缆在单位振动位移作用下静力学应力求解结果;最后,通过求解的应力结果与一个周期的桥梁振动位移时程构建应力时间历程,并基于材料的S-N曲线和Miner线性累积损伤理论获取电缆的疲劳寿命。结果表明:在风致涡激振动作用下,作用在随桥电缆上的作用力近似为对称等幅循环载荷;电缆的疲劳损伤最大处出现在夹具固定附近的铝护套层上,寿命循环次数达3.3×10^(5)次,寿命约为206.25 h。该研究可为跨海电缆的安全可靠性设计和状态运行维护提供理论指导。

在建导管架平台圆管风致涡激振动及减振研究

研究了大型导管架平台卧式建造时出现单边约束圆管的风致涡激振动问题。将建造过程中单边约束的导管架圆管简化成悬臂梁模型,采用van der Pol尾流振子模型模拟圆管受到的流体力,建立了圆管风致涡激振动动力学方程。使用伽辽金方法对建立的运动方程进行求解,数值分析了圆管在特定约化风速下的涡激振动特性。在圆管上附加非线性能量阱(NES)作为被动减振装置对圆管进行减振,并采用粒子群优化算法对NES的非线性刚度和阻尼参数进行了优化。结果表明,在约化速度为4.8时,得到的NES优化的非线性刚度和阻尼参数组合可以有效减小悬臂梁自由端风致涡激振动位移。本研究说明采用NES和粒子群优化算法可以有效减小圆管的风致涡激振动,为导管架安全建造提供一定的参考。

防振锤对深水导管架圆管风致涡激振动抑制研究

研究了阻尼防振锤对深水导管架圆管风致涡激振动的抑制。建立了防振锤动力学模型,分析了防振锤的动力学特性;将在建深水导管架圆管简化为固支梁,建立了结构有限元模型,通过瞬态分析计算了圆管的振动幅值;在圆管中部添加防振锤,分析了防振锤对圆管振动的抑制效果;进行了现场测试,对比了数值模拟和实际测试管道的振动响应。研究表明,文中设计的防振锤可以有效地抑制圆管的涡激共振;数值模拟结果与测试结果非常接近,验证了数值分析方法的有效性。

缆风绳对深水导管架圆管风致涡激振动的抑制

将在建深水导管架圆管简化为悬臂梁,以实际导管架圆管为例,建立有限元模型;分析圆管的固有振动特性,依据规范判定圆管发生了风致涡激振动,并计算振动幅值;在圆管自由端绑定缆风绳,施加涡激力,分析不同绑定参数对振动抑制效果的影响。计算表明,缆风绳对悬臂圆管的风致涡激振动有很好的抑制作用,绑点到管自由端的距离在管总长的20%以内、缆风绳与圆管的夹角接近90°,减振效果更好。

不同风况和防振锤布置对圆管涡激力影响研究

长时间大幅涡激振动可能会使导管架平台发生疲劳破坏,为了研究不同风速、风向及不同布置间距下,防振锤对升力系数、阻力系数和尾流特性的影响,该文运用雷诺平均法(RANS)进行了数值模拟。结果表明:在发生涡激振动的风速区间内,安装防振锤可以减小升力系数55%以上;不同风速下,防振锤对升力系数的影响最多差10%,当风向角为45°时,防振锤可以减小圆管的升力系数约87%;此外,在相同的风速和风向条件下,防振锤间隔45°均匀布置时,对升力系数的影响最大;安装防振锤后,圆管背风侧负压区范围增大,且对升力影响越大负压区范围越大,尾涡尺寸减小,尾涡中心压力减小。