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摘要
立管是海洋工程中输送油气或其他矿产资源的必备结构,外部洋流引起的立管涡激振动影响着立管的疲劳寿命,危害深海资源开发.本文基于欧拉-伯努利梁方程,结合半经验时域水动力模型,建立剪切流与内流耦合作用下海洋立管涡激振动预报模型,运用有限元方法和Newmark-β逐步积分法求解方程,首先将数值模拟结果与实验数据进行对比,验证模型正确性.然后,运用此模型,对剪切流作用下含内流的顶张立管在不同内流速度和密度下的横向涡激振动响应特性进行研究,主要分析了立管的横向振动模态、振动频率以及均方根位移等涡激振动参数随内流速度和密度等参数的变化规律.结果表明,在剪切流场中,含内流海洋立管在横向上表现出多模态多频率的涡激振动;立管横向振动的最大均方根位移随内流速度和密度的增大而增大,特别是当内流速度较大时,横向最大均方根位移增大明显;立管横向振动的主导频率随内流速度和密度的增大而减小,并且内流密度的增大同样会引起模态转换和频率转换.
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