专利名称：一种深水立管的时域脉动拖曳力确定方法
技术领域：
本发明涉及海洋深水立管的研究方法，具体涉及一种深水立管的时域脉动拖曳力确定方法。
背景技术：
脉动拖曳力是圆柱体受到的流体流动方向上的一种交变流体荷载，由于流体的流速是恒定的，因此，脉动拖曳力是圆柱体尾流处的涡旋泄放引起的。对于弹性圆柱体而言， 脉动拖曳力将使圆柱体产生沿着流体流动方向的振动。而对于刚性圆柱体，脉动拖曳力并不引起圆柱体振动。这就是说，不论圆柱体是否振动，脉动拖曳力始终是存在的。脉动拖曳力的交变频率与涡旋泄放的频率有关，而涡旋泄放的频率取决于流体流经圆柱体的速度大小，脉动拖曳力的大小取决于流体流经圆柱体的速度。因此，对于刚性圆柱体来说，脉动拖曳力的大小和频率仅仅与流体的流动速度有关。而对于弹性圆柱体，由于圆柱体本身的振动，不仅使得流体流经圆柱体的速度发生变化，而且使得流体在圆柱体的扰动下产生粘性阻力和附加质量力。因此，对于弹性圆柱体的脉动拖曳力计算不能仅仅考虑流场的流速一个因素，而应考虑圆柱体振动的速度和加速度。深水立管或海底管线属于弹性圆柱体，其涡激振动为弯曲振动，因此，沿圆柱体轴向的不同位置，其振动速度和加速度是不同的。如果采用相同的脉动拖曳力计算，则误差是可想而知的。申请人:在前一项发明专利“一种深水顶张式立管我即振动与疲劳分析的方法”， ZL200910136583. X中提出了一个涡旋泄放引起的脉动拖曳力模型，而除此之外，传统尾流振子模型并不包括脉动拖曳力的计算，也不涉及顺流向涡激振动。总体来说，现有技术存在如下缺陷(1)没有考虑深水立管(弹性圆柱体)顺流向振动的加速度效应，忽略了深水立管周围流场压力梯度产生的附加质量力。因此，计算得到的深水立管振动频率偏低；(2)没有考虑深水立管顺流向振动的速度效应，忽略了深水立管与流体相对速度变化引起的粘性阻力，因此，计算结果偏小；(3)不能计算脉动拖曳力沿深水立管轴向的变化，即不能考虑深水立管轴向不同位置的流固耦合引起的脉动拖曳力变化；(4)没有考虑脉动拖曳力在锁定区和非锁定区的频率变化，仅仅采用锁定区的频率。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种考虑深水立管顺流向振动加速度引起的附加质量力和振动速度引起的粘性阻力的深水立管的时域脉动拖曳力确定方法， 解决弹性圆柱体轴向不同位置的脉动拖曳力计算，实现深水立管顺流向涡激振动的时域非线性分析。
本发明的技术方案如下一种深水立管的时域脉动拖曳力确定方法，分为非涡旋泄放锁定区和涡旋泄放锁定区，建立的脉动拖曳力时域模型如下a)非涡旋泄放锁定区
权利要求
1.一种深水立管的时域脉动拖曳力确定方法，其特征在于分为非涡旋泄放锁定区和涡旋泄放锁定区，建立的脉动拖曳力时域模型如下a)非涡旋泄放锁定区
2.如权利要求1所述的深水立管的时域脉动拖曳力确定方法，其特征在于所述的采用迭代方法进行计算的具体步骤如下1)给定深水立管顺流向振动速度和加速度及计算时间的初值
全文摘要
本发明涉及海洋深水立管的研究方法，具体涉及一种深水立管的时域脉动拖曳力确定方法。该方法将由深水立管的振动速度和加速度产生的粘性阻力和附加质量力引入了脉动拖曳力的计算，并采用迭代方法计算时域的脉动拖曳力，从而建立了一个完整的流固耦合时域脉动拖曳力计算方法。由于本发明增加了深水立管振动速度和加速度产生的粘性阻力和附加质量力，比现有方法更符合圆柱体顺流向涡激振动的受力状态。
文档编号G01M10/00GK102353516SQ20111029080
公开日2012年2月15日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者周阳, 段金龙, 黄维平 申请人:中国海洋大学