海管悬跨段涡激振动疲劳寿命评估方法

涡激振动是导致海底输油管道悬跨段疲劳失效的主要原因,文中根据实际工程需要,提出了一套ABAQUS有限元分析方法,采用一条二维特征线和Pipe31H梁单元来模拟整条多跨段管线模型并赋予其截面属性。将求解过程分为静态阶段和动态阶段,分别采用接触模式和弹簧模式来模拟管道与海床表面的相互作用状态。结合仿真结果与各项疲劳评估准则计算疲劳寿命。此外,为了得到绝对安全的设计结果,针对混凝土层退化、检测数据精度和泥土刚度等添加相应的安全系数。最后给出了一个交互悬跨段的疲劳评估算例分析。     

流体输送管道动力响应分析

流体输送管道是工程中广泛使用的系统元件,其动力特性直接关系到系统的安全可靠性,因此输流管道动特性研究正引起工程界愈来愈多的重视。本文分析研究了两端支承的长直输流管道的弯曲振动特性,运用模态截断法给出其数学模型的近似特征解。并在亚临界流速域对实际管道在不同支承情况的弯曲振动进行测试和模态分析,其结果与理论分析相符合。本文提出的管道振动研究方法适合于工程管道的振动和噪声分析和管系的优化设计。     

悬跨海底管道绕流三维特性的大涡数值模拟研究

自由悬跨是海底管道安全的风险之一,涡激振动(VIV)引起的疲劳是自由悬跨海底管道的主要失效模式之一。悬跨高度是影响海底管道涡激振动频率和载荷大小的一个重要因素。采用大涡数值模拟方法(LES)研究了不同悬跨间隙比(G/D)海底管道绕流的流场特性,分析了悬跨的间隙比对海管绕流场剪切层相互作用、升阻力系数和旋涡脱落等的影响规律。结果表明:与湍流模型的雷诺平均方法(RANS)相比,大涡数值模拟方法能够得到更准确和详细的近壁面圆柱绕流结果。在G/D小于0.8以后升阻力系数有明显变化,升力系数的均方根值随着G/D的减小而减小。当G/D大于0.8,升力系数的均值和均方根值基本不变,此时悬跨高度对绕流不再有明显影响。因此,可将G/D等于0.8作为临界悬跨间隙比,大于临界悬跨高度时的疲劳分析可等同于孤立管道。当G/D小于0.3以后,由于旋涡发放被抑制,升力系数的均方根值基本保持在很小的值,因此疲劳失效的风险大幅降低。而在中间过渡阶段的间隙比情况下,可以参考获得的升力系数值做更为精确的疲劳分析。     

气流激振力作用下离心叶轮的瞬态响应分析

为研究流场中离心叶轮受气流激振的瞬态响应问题,利用叶盘结构的循环对称性编制计算程序,实现了使用单扇区模型计算非循环对称力作用下离心叶轮的受迫振动。应用时间倾斜方法计算非等栅距情况下导叶/叶轮干涉的非定常流场,将叶片表面的气动力数据由流体网格插值到结构网格。使用FEAST求解器计算基本扇区各节径下的振型数据,并将其由基本扇区展开至所有扇区,根据各扇区所受周期激励的时间差建立载荷矢量,结构动力方程的时域积分使用Newmark方法完成。以一半开式径向叶轮为例,进行了两种转速下叶盘结构的瞬态响应分析。单扇区模型与整体模型计算的位移响应结果符合较好,两个潜在共振点附近激振频率的振动响应均呈现出近于发散变化的趋势,表明了算法的正确性和预测气流激励导致共振的有效性。     

高雷诺数下海底悬跨管道绕流数值模拟

海底悬跨管道所处工作环境恶劣,失效形式多样,涡激振动是导致其疲劳破坏的重要原因。为研究不同悬跨间隙比和海底流速对悬跨管道涡激振动强度的影响规律,利用Fluent软件进行了实管径高雷诺数下的二维绕流数值模拟,得到涡旋脱落形态,升力和阻力系数变化曲线。结果表明:海底悬跨管道的升力系数幅值和阻力系数均值随间隙比增大而减小,最后趋于稳定。在小间隙比情况下会出现因管道底部流速增大引起管道两侧升力极值不相等的现象;随海底流速的增加,升力系数幅值和阻力系数均值呈先增后减的趋势,规律与常规圆柱绕流一致;升力系数频率随速度增加而增大,受间隙比的影响较小。工程实际中,海底管道的铺设要尽量避免海流流速高和悬跨间距大的水域,对危险悬跨区段应设置涡激抑制装置。     

外载作用下悬跨管道纵向振动响应研究

管道是油气资源运输的载体,其性能对作业安全影响巨大。在合理假设的基础上,通过建立悬跨管道的振动力学模型,建立并求解其运动微分方程,得到悬跨管道的纵向振动响应。管道在受冲击载荷作用时由于阻尼的存在其纵向振动响应幅值随时间逐渐减小;管道受一般外载作用下的响应可通过将外载视为作用时间段内冲击载荷的积分来处理;管道受简谐力作用时其振动幅度与阻尼比和频率比相关,当外激频率接近固有频率时振幅放大系数最大,当外激频率大于固有频率时,频率比越大管道的振幅放大系数越小。     

海洋管线涡激振动流体力数据查询研究

在进行管线涡激振动快速预测程序或软件开发时,流体力查询匹配问题尤为关键。计算流体力数据的获取需要经过试验或CFD计算,过程十分繁琐和耗时,导致流体力数据的分布难以做到规则和全面。为此文中针对流体力杂乱特点,研究了流体力数据查询插值算法和程序,为海洋管线涡激振动预测软件提供基础。论文实现了反距离加权法的邻域插值算法和三角形插值算法,以及补全数据后的规则数据下的双线性插值算法,并通过算例对各种算法进行了评估,为海洋立管涡激振动快速预测软件开发提供基础。     

随机参数智能桁架结构在随机力下的闭环控制动力响应分析

针对随机参数压电智能桁架结构研究了基于概率的结构闭环控制系统动力响应分析模型与方法。利用振型迭加法导出了结构的物理参数、外荷载幅值以及闭环系统控制力同时具有随机性时 ,结构动力响应随机变量的数字特征计算表达式。通过算例考察了智能结构物理参数、外荷载幅值以及控制力的随机性对结构闭环控制系统动力响应的影响 ,并获得了一些有意义的结论     

岩溶地区动力荷载下新建隧道的动力响应分析

针对岩溶地区动力荷载下新建隧道的动力响应进行研究,基于Abaqus有限元软件,建立了地下移动荷载作用下的溶洞-衬砌-隧道三维耦合模型.对比分析了无荷载、集中静荷载和集中移动简谐荷载下的地下隧道动应力响应,研究了地下移动荷载作用下溶洞与隧道边距和溶洞尺寸的影响.     

交通载荷下管道的位移响应分析初探

基于单位脉冲(函数属性以及傅里叶级数技术,建立了随机交通荷载下管道的Eular-Bernoulli弹性地基梁受力模型对管道的位移响应进行了解析计算,模型中考虑了管道所受的阻尼,并进一步探讨了考虑管土系统动态参数特性时求解梁响应的解析算法,从而为地下管道受载荷作用下的力学性状研究提供了简捷、明析的解题方法.     

海底悬跨石油管道泄漏流场和温度场耦合分析

对海底悬跨石油管道泄漏后流场与温度场的耦合进行分析,建立二维多相流海底管道模型,给出合理的流体力学和热力学边界条件,利用有限元软件FLUENT进行数值仿真分析。分析结果表明:海底悬跨石油管道泄漏对周围海水的温度场影响明显,高温区域随石油上浮而向上扩展;泄漏介质在管道周围产生绕流运动,离开管道后出现"滴流"现象。     

海底油气输送管道的悬跨ROV抛石治理施工设计

为规避海底管道悬跨风险,设计及分析基于ROV进行抛石治理施工的方案。通过模拟海洋环境,采用海岸防护工程的多种计算公式,选定抛石材料、确定抛石模型,对冲击力进行计算,并对施工方式进行合理的探讨。确定针对海南岛西部北部湾海域的抛石方案,并完成实际施工。该施工方式可安全有效地对带水泥配重层的海底油气输送管道悬跨进行治理。     

节段对置涡壳式多级渣浆泵的设计开发

节段涡壳式多级渣浆泵，中段采用双涡壳结构，叶轮组对称或非对称对置排列，末级叶轮设置泄压（平衡）孔；核泵在运行初期及后期都能使径向力，轴向力，水力平衡，适用于远距离，高扬程输送渣浆。     

基于Drucker-Prager准则的埋地管道局部悬跨沉降变形分析

针对油气长输管道的结构特点和地基土的力学特征,考虑到管-土的相互耦合作用和接触非线性特征,根据有限元理论,建立了基于Drucker-Prager准则的管道局部悬跨弹塑性模型,并对目前油气长输常用的大口径埋地管道进行了变形模拟和分析.通过分析揭示了管道的悬跨变形特性和土体特征对管道变形的影响规律.结果表明:应用该方法可以较准确地实现埋地管道局部悬跨的模拟和变形分析,为管道的现场施工、实时监测和安全性分析提供有价值的参考意见.     

不同端板条件下的圆柱涡激振动试验

以涡激振动海流能利用为工程背景,在流速范围为0~0.75m/s的自循环水槽中开展了直径为6cm的单自由度圆柱涡激振动试验研究,分析了5种不同形状端板、7种不同尺寸矩形端板条件下圆柱涡激振动的响应规律,提出了适用于能量利用的端板形状与合理尺寸。研究结果表明:5种端板中最有利于能量利用的为矩形端板,最不利的为无端板;矩形端板圆柱的振幅和频率为无端板圆柱的1.38倍与1.25倍;利于增强振动的矩形端板顺水流方向长度应控制在1.5~2倍圆柱直径范围内。     

平稳随机激励下线性随机结构动力响应分析

对于外载是平稳随机激励的线性随机结构分析问题,在随机变量函数矩点估计和虚拟激励法的基础上,建立随机响应均方值特征参数的矩估计算法.应用虚拟激励法将随机载荷转化为确定性简谐载荷,计算确定性结构在平稳随机激励下响应的均方值,采用点估计方法分析平稳响应均方值的均值和方差,并计算响应均方值的变异系数,通过两个算例考察结构参数的随机性对结构响应均方值的影响.由于基于随机变量函数矩的点估计和虚拟激励法具有较高的效率和精度,因而所提方法具有一定的工程意义.     

地震作用下风机塔筒结构动力响应分析

本文通过对风机塔筒结构破坏的主要形式进行研究,然后探讨不同方向的地震波对风机塔筒的影响,以及在风-震组合下地震波对风机塔筒作用。     

迷宫密封的气流激振力及其动力特性系数的研究

迷宫密封的气流激振是大型透平机组发生失稳的一个重要原因。评价转子系统稳定性的主要在数之一便是动力特性系数。对迷宫密封的动力特性系数提出了一种新的理论计算方法,理论计算与实验结果之间吻合良好。通过分析各有关参数对动力特性系数的影响,为迷宫密封气流激振的防治提供了对策。     

水下拖缆涡激振动的实验研究

介绍了在湖中水下拖缆涡激振动测试装置和实验方法。数据分析表明：拖缆的涡激振动响应主要集中在 １００ Ｈｚ 以下低频范围;随着拖曳速度的增大拖缆上的加速度响应的频率范围也相应增大;拖缆的涡激振动响应的第一峰值频率与拖缆上端的旋涡发放频率有比较直接的联系;实验中未观察到频率锁定现象