專利名稱：一種深水立管的時(shí)域脈動(dòng)拖曳力確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋深水立管的研究方法，具體涉及一種深水立管的時(shí)域脈動(dòng)拖曳力確定方法。
背景技術(shù)：
脈動(dòng)拖曳力是圓柱體受到的流體流動(dòng)方向上的一種交變流體荷載，由于流體的流速是恒定的，因此，脈動(dòng)拖曳力是圓柱體尾流處的渦旋泄放引起的。對(duì)于彈性圓柱體而言， 脈動(dòng)拖曳力將使圓柱體產(chǎn)生沿著流體流動(dòng)方向的振動(dòng)。而對(duì)于剛性圓柱體，脈動(dòng)拖曳力并不引起圓柱體振動(dòng)。這就是說(shuō)，不論圓柱體是否振動(dòng)，脈動(dòng)拖曳力始終是存在的。脈動(dòng)拖曳力的交變頻率與渦旋泄放的頻率有關(guān)，而渦旋泄放的頻率取決于流體流經(jīng)圓柱體的速度大小，脈動(dòng)拖曳力的大小取決于流體流經(jīng)圓柱體的速度。因此，對(duì)于剛性圓柱體來(lái)說(shuō)，脈動(dòng)拖曳力的大小和頻率僅僅與流體的流動(dòng)速度有關(guān)。而對(duì)于彈性圓柱體，由于圓柱體本身的振動(dòng)，不僅使得流體流經(jīng)圓柱體的速度發(fā)生變化，而且使得流體在圓柱體的擾動(dòng)下產(chǎn)生粘性阻力和附加質(zhì)量力。因此，對(duì)于彈性圓柱體的脈動(dòng)拖曳力計(jì)算不能僅僅考慮流場(chǎng)的流速一個(gè)因素，而應(yīng)考慮圓柱體振動(dòng)的速度和加速度。深水立管或海底管線屬于彈性圓柱體，其渦激振動(dòng)為彎曲振動(dòng)，因此，沿圓柱體軸向的不同位置，其振動(dòng)速度和加速度是不同的。如果采用相同的脈動(dòng)拖曳力計(jì)算，則誤差是可想而知的。申請(qǐng)人:在前一項(xiàng)發(fā)明專利“一種深水頂張式立管我即振動(dòng)與疲勞分析的方法”， ZL200910136583. X中提出了一個(gè)渦旋泄放引起的脈動(dòng)拖曳力模型，而除此之外，傳統(tǒng)尾流振子模型并不包括脈動(dòng)拖曳力的計(jì)算，也不涉及順流向渦激振動(dòng)?？傮w來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)存在如下缺陷(1)沒(méi)有考慮深水立管(彈性圓柱體)順流向振動(dòng)的加速度效應(yīng)，忽略了深水立管周圍流場(chǎng)壓力梯度產(chǎn)生的附加質(zhì)量力。因此，計(jì)算得到的深水立管振動(dòng)頻率偏低；(2)沒(méi)有考慮深水立管順流向振動(dòng)的速度效應(yīng)，忽略了深水立管與流體相對(duì)速度變化引起的粘性阻力，因此，計(jì)算結(jié)果偏??；(3)不能計(jì)算脈動(dòng)拖曳力沿深水立管軸向的變化，即不能考慮深水立管軸向不同位置的流固耦合引起的脈動(dòng)拖曳力變化；(4)沒(méi)有考慮脈動(dòng)拖曳力在鎖定區(qū)和非鎖定區(qū)的頻率變化，僅僅采用鎖定區(qū)的頻率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種考慮深水立管順流向振動(dòng)加速度引起的附加質(zhì)量力和振動(dòng)速度引起的粘性阻力的深水立管的時(shí)域脈動(dòng)拖曳力確定方法， 解決彈性圓柱體軸向不同位置的脈動(dòng)拖曳力計(jì)算，實(shí)現(xiàn)深水立管順流向渦激振動(dòng)的時(shí)域非線性分析。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種深水立管的時(shí)域脈動(dòng)拖曳力確定方法，分為非渦旋泄放鎖定區(qū)和渦旋泄放鎖定區(qū)，建立的脈動(dòng)拖曳力時(shí)域模型如下a)非渦旋泄放鎖定區(qū)
權(quán)利要求
1.一種深水立管的時(shí)域脈動(dòng)拖曳力確定方法，其特征在于分為非渦旋泄放鎖定區(qū)和渦旋泄放鎖定區(qū)，建立的脈動(dòng)拖曳力時(shí)域模型如下a)非渦旋泄放鎖定區(qū)
2.如權(quán)利要求1所述的深水立管的時(shí)域脈動(dòng)拖曳力確定方法，其特征在于所述的采用迭代方法進(jìn)行計(jì)算的具體步驟如下1)給定深水立管順流向振動(dòng)速度和加速度及計(jì)算時(shí)間的初值
全文摘要
本發(fā)明涉及海洋深水立管的研究方法，具體涉及一種深水立管的時(shí)域脈動(dòng)拖曳力確定方法。該方法將由深水立管的振動(dòng)速度和加速度產(chǎn)生的粘性阻力和附加質(zhì)量力引入了脈動(dòng)拖曳力的計(jì)算，并采用迭代方法計(jì)算時(shí)域的脈動(dòng)拖曳力，從而建立了一個(gè)完整的流固耦合時(shí)域脈動(dòng)拖曳力計(jì)算方法。由于本發(fā)明增加了深水立管振動(dòng)速度和加速度產(chǎn)生的粘性阻力和附加質(zhì)量力，比現(xiàn)有方法更符合圓柱體順流向渦激振動(dòng)的受力狀態(tài)。
文檔編號(hào)G01M10/00GK102353516SQ20111029080
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者周陽(yáng), 段金龍, 黃維平 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋大學(xué)