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1、第16卷第7期2012年7月船舶力學(xué)JournalofShipMechanicsVol-16No．7Jul．2012文章編號(hào)：1007—7294(2012)07_0797-07穩(wěn)定流作用下海底懸跨管線渦激振動(dòng)研究李小超，王永學(xué)(大連理工大學(xué)海岸和近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。遼寧大連116024)摘要：討論了目前用于海底懸跨管線渦激振動(dòng)預(yù)報(bào)的主要數(shù)值模型，針對(duì)海底管線懸跨段渦激振動(dòng)問題編制了有限元分析程序，程序采用梁?jiǎn)卧M管跨結(jié)構(gòu)，動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算方法采用VIVANA模型。模犁掙制方程采用Newton—Raphson迭代算法求解。采用Lanen，Koush
2、an等人(2002)和I∞en，Baarholm等人(2004)給出的兩組不同的用于確定升力曲線的參數(shù)曲線進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果與Tsahalis(】984，1987)的模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明本文的渦激振動(dòng)模型能夠預(yù)報(bào)間隙比elD=-∞時(shí)海底懸跨管線的渦激振動(dòng)響應(yīng)；采用Larsen，Koushan等人(2002)參數(shù)曲線得到的計(jì)算結(jié)果與間隙比e／D=-*時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好，LalBen，Koushan等人(2002)參數(shù)曲線較Larsen，Baarholrn等人(2004)參數(shù)曲線更適合于海底懸跨管線的渦激振動(dòng)預(yù)報(bào)。關(guān)鍵詞：渦激振動(dòng)；海底
3、管線；懸跨；水流；VIVANA模型中圖分類號(hào)：Pr751文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AVortex-InducedVibrationsoffreespanpipelinesexposedtosteadycurrentsLIXiao-chao，WANGYong-xue(StateKeylaboratoryofCoastalandOffghoreEngineering,叫iaIlUniversityofTechnology，Dalian116024，Chi腳Abstract：Thevariousmodelsforvortex-inducedvibrations(VIV
4、)ofsubmarinefreespanpipelinesaredis-eussed．CombiningtheVIVANAmodelwithaflexiblebeammodel，acomputeranalysisprogramisdevel-叩edforeros8一flowVIV．TheNewton-Raphsonmethodisusedtosolvethedynamicequilibriumequation．CalculationsarecarriedoutusingtwodifferentgroupsofparametercurvesfromL
5、arsenetal(2002，2004)，respectively．ThecalculatedresultsarecomparedwithTsahalis’(1984，1987)experimentalresultsfromlabo·ratorymodeltestsofaflexiblecylindernearaplaneboundaryexposedtosteadycurrents．ItisshownthatthecalculatedresultsusingCurvelwherethemaximumresponseamplitudefor7_滄r
6、olift(i．e．CL=0)isfromfreevibrationtestsaregoodagreementwithtestresultsforagapratioofe／D=∞．a(chǎn)ndCuiwelismoresuitablefortheVⅣanalysisofsubmarinefreespanpipelines．Keywords：vortexinducedvibrations；freespanpipelines；current1引言由于管道支墩或海床表面凹凸不平，或管道周圍海床的被沖刷等因素的影響，平鋪在海床上的管收稿日期：2011-06—28修
7、改日期：2011-10-26基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(50439010)；教育部重大項(xiàng)目(305003)作者簡(jiǎn)介：李小超(1981一)。男，大連理工大學(xué)博士生，lixchaa@hotmail．coin；王永學(xué)(1955一)，男，教授，博士生導(dǎo)師。798船舶力學(xué)第16卷第7期道容易出現(xiàn)懸空段。在一定條件下。水流流經(jīng)管線時(shí)，管道的尾流區(qū)會(huì)產(chǎn)生旋渦。當(dāng)旋渦的泄放頻率接近于管道的自振頻率時(shí)，將出現(xiàn)旋渦泄放頻率在一個(gè)較大的流速范圍內(nèi)接近于管道的自振頻率的“頻率鎖定”現(xiàn)象，并發(fā)生大振幅振動(dòng)，即“渦激共振”。渦激振動(dòng)是造成懸空管道疲勞破壞的主要原因。在
8、過去的三十多年里，很多國(guó)家的學(xué)者對(duì)海底懸跨管線的渦激振動(dòng)問題進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和理論研究。Bruschi，Buresti等人
