海底多跨管道流-固-土多场耦合试验研究

为弥补现阶段缺乏多跨管道涡激振动试验研究的不足,综合考虑流-固-土多场耦合,创造性地设计了一套完整的拖曳水池试验系统,并开展了多跨管道涡激振动试验观测。该试验系统可实现海底管道结构自身属性、土体作用、来流速度和预张力等因素对多跨管道涡激振动影响的数据获取,可为后续多跨管道涡激振动的理论研究和数值模拟提供数据参考和验证。研究结果表明：该系统可精准模拟多跨管道复杂的涡激振动现象。该研究可为多跨管道跨间作用机理的试验研究提供新思路,同时为系统地研究多跨管道涡激振动提供试验装备支持。     

圆柱顺流向涡激振动响应及流体力特征分析

为了研究柔性圆柱顺流向涡激振动响应特性和流固耦合机理,进行了柔性圆柱涡激振动实验。根据实验中测量的结构应变,用模态分析法重构圆柱顺流向响应位移。建立有限元模型,根据位移逆向求解圆柱顺流向的流体力,并通过最小二乘法获得了脉动阻力和附加质量系数。结果表明:顺流向响应位移均方根最高可达0. 45倍的圆柱直径;在模态控制区,随响应位移的增大,脉动阻力系数减小,体现了顺流向涡激振动的自限制特性;附加质量系数在模态控制区减小,致使结构响应频率"锁定"在固有频率附近;脉动阻力系数和响应位移的轴向分布具有高度一致性;流体力和响应位移之间的相位差会对脉动阻力和附加质量系数产生重要影响。     

基于多项式拟合的细长梁结构振动位移重构方法

细长梁结构易受内外因素的干扰而振动,由此引发的疲劳损伤问题不利于结构安全。实时重构结构的振动位移是健康监测和振动智能控制中的关键环节。目前,模态分析法广泛用于细长梁结构的振动位移重构,但对于边界条件复杂的细长梁结构或结构受较强非线性因素干扰时,采用模态分析法重构结构位移将存在诸多不便。针对此问题,提出了基于多项式拟合的细长梁结构振动位移重构方法,并采用延展结构边界的方式有效规避了多项式拟合经常出现的龙格现象。通过有限元模拟和实验数据的对比,验证了基于多项式的位移重构方法的精确性和可行性。结果表明:基于多项式拟合的位移重构方法适用于细长梁结构线性振动和非线性振动的位移重构;延展结构边界可有效规避多项式拟合出现的龙格现象;延展长度为0.875L～1.125L(L为细长梁结构的长度),虚拟测点应变的量级小于等于真实测点应变最大值的量级时,重构得到的结构位移精度较高。