稳定流作用下海底悬跨管线涡激振动研究.pdf

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1、第16卷第7期2012年7月船舶力学JournalofShipMechanicsVol-16No．7Jul．2012文章编号：1007—7294(2012)07_0797-07稳定流作用下海底悬跨管线涡激振动研究李小超，王永学(大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室。辽宁大连116024)摘要：讨论了目前用于海底悬跨管线涡激振动预报的主要数值模型，针对海底管线悬跨段涡激振动问题编制了有限元分析程序，程序采用梁单元模拟管跨结构，动力响应计算方法采用VIVANA模型。模犁挣制方程采用Newton—Raphson迭代算法求解。采用Lanen，Koush

2、an等人(2002)和I∞en，Baarholm等人(2004)给出的两组不同的用于确定升力曲线的参数曲线进行计算，将计算结果与Tsahalis(】984，1987)的模型实验结果进行了比较。结果表明本文的涡激振动模型能够预报间隙比elD=-∞时海底悬跨管线的涡激振动响应；采用Larsen，Koushan等人(2002)参数曲线得到的计算结果与间隙比e／D=-*时的实验结果符合较好，LalBen，Koushan等人(2002)参数曲线较Larsen，Baarholrn等人(2004)参数曲线更适合于海底悬跨管线的涡激振动预报。关键词：涡激振动；海底

3、管线；悬跨；水流；VIVANA模型中图分类号：Pr751文献标识码：AVortex-InducedVibrationsoffreespanpipelinesexposedtosteadycurrentsLIXiao-chao，WANGYong-xue(StateKeylaboratoryofCoastalandOffghoreEngineering,叫iaIlUniversityofTechnology，Dalian116024，Chi脚Abstract：Thevariousmodelsforvortex-inducedvibrations(VIV

4、)ofsubmarinefreespanpipelinesaredis-eussed．CombiningtheVIVANAmodelwithaflexiblebeammodel，acomputeranalysisprogramisdevel-叩edforeros8一flowVIV．TheNewton-Raphsonmethodisusedtosolvethedynamicequilibriumequation．CalculationsarecarriedoutusingtwodifferentgroupsofparametercurvesfromL

5、arsenetal(2002，2004)，respectively．ThecalculatedresultsarecomparedwithTsahalis’(1984，1987)experimentalresultsfromlabo·ratorymodeltestsofaflexiblecylindernearaplaneboundaryexposedtosteadycurrents．ItisshownthatthecalculatedresultsusingCurvelwherethemaximumresponseamplitudefor7_沧r

6、olift(i．e．CL=0)isfromfreevibrationtestsaregoodagreementwithtestresultsforagapratioofe／D=∞．andCuiwelismoresuitablefortheVⅣanalysisofsubmarinefreespanpipelines．Keywords：vortexinducedvibrations；freespanpipelines；current1引言由于管道支墩或海床表面凹凸不平，或管道周围海床的被冲刷等因素的影响，平铺在海床上的管收稿日期：2011-06—28修

7、改日期：2011-10-26基金项目：国家自然科学基金重点项目(50439010)；教育部重大项目(305003)作者简介：李小超(1981一)。男，大连理工大学博士生，lixchaa@hotmail．coin；王永学(1955一)，男，教授，博士生导师。798船舶力学第16卷第7期道容易出现悬空段。在一定条件下。水流流经管线时，管道的尾流区会产生旋涡。当旋涡的泄放频率接近于管道的自振频率时，将出现旋涡泄放频率在一个较大的流速范围内接近于管道的自振频率的“频率锁定”现象，并发生大振幅振动，即“涡激共振”。涡激振动是造成悬空管道疲劳破坏的主要原因。在

8、过去的三十多年里，很多国家的学者对海底悬跨管线的涡激振动问题进行了大量的实验和理论研究。Bruschi，Buresti等人