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申请/专利权人：中国海洋大学

摘要：本发明涉及海洋深水立管的研究方法，具体涉及一种考虑尾流干涉的立管两自由度涡激振动响应预测方法。本发明同时考虑约化速度和间距的影响，通过对立管涡激振动两自由度有限元方程中的荷载项进行修正，并采用Newmark‑β法计算时域的尾流立管两自由度涡激振动响应，从而建立了一个同时考虑约化速度和间距影响的两自由度尾流立管的流固耦合时域涡激振动响应计算方法，对尾流立管的两自由度振动响应幅值、频率以及顺流向平衡位置的计算更加准确，为尾流立管的涡激振动与疲劳设计分析提供了时域分析的途径和依据。

主权项：1.一种考虑尾流干涉的立管两自由度涡激振动响应预测方法，其特征在于，所述方法基于下述立管涡激振动有限元方程： 式中：M——尾流立管的质量矩阵；K——尾流立管的刚度矩阵；C——尾流立管的阻尼矩阵；x——尾流立管的顺流向位移向量； ——尾流立管的顺流向速度向量； ——尾流立管的顺流向加速度向量；y——尾流立管的横流向位移向量； ——尾流立管的横流向速度向量； ——尾流立管的横流向加速度向量；Fx′——考虑尾流干涉的尾流立管的顺流向荷载向量；Fy′——考虑尾流干涉的尾流立管的横流向荷载向量；考虑尾流干涉的尾流立管的顺流向荷载向量计算基于下述涡激拖曳力模型： 式中：CD——拖曳力系数；CD′——脉动拖曳力系数；Cm——附加质量系数；ρ——流体密度；λ——上下游立管轴线之间的距离L与直径之比TD；Vr——约化速度；D——尾流立管直径；U——流速； ——尾流立管的顺流向速度向量； ——尾流立管顺流向振动频率： 其中：fn为尾流立管固有频率；t——时间； ——尾流立管的顺流向加速度向量；其中，axλ,Vr为立管间距和约化速度对尾流圆柱体顺流向荷载幅值的影响，bλ,Vr为立管间距和约化速度对尾流圆柱体顺流向荷载均值的影响，fxλ,Vr为立管间距和约化速度对尾流圆柱体顺流向荷载频率的影响，在不同的立管间距和约化速度区间，axλ,Vr、bλ,Vr和fxλ,Vr取值不同：当2.35≤Vr≤5.18时 fxλ,Vr＝0.4Vr7当5.18＜Vr≤9.41时 Vrc＝190.5λ-2.155+5.07511当9.41＜Vr≤12.59时 fxλ,Vr＝2.086λ0.0256Vr-9.0420.0583+0.1314414考虑尾流干涉的尾流立管的横流向荷载向量计算基于下述涡激升力模型： 式中：CL——升力系数； ——尾流立管横流向振动速度向量； ——尾流立管涡旋泄放频率： 其中：fn为尾流立管固有频率； ——尾流立管横流向振动加速度向量；其中，aλ,Vr是在不同约化速度和间距下上游立管涡街对横流向荷载幅值的影响，fλ,Vr是在不同约化速度和间距下上游立管涡街对尾流立管横流向荷载频率的影响；在不同的立管间距和约化速度区间，aλ,Vr和fλ,Vr取值不同：当2.35≤Vr≤5.18时aλ,Vr＝-0.4753λ-26.32Vr-0.842317fλ,Vr＝0.2Vr18当5.18＜Vr≤9.41时 当9.41＜Vr≤12.59时 fλ,Vr＝1.043λ0.0256Vr-9.0420.0583+0.0657223。

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百度查询： 中国海洋大学 一种考虑尾流干涉的立管两自由度涡激振动响应预测方法