低质量阻尼比圆柱涡激振动分岔特性数值模拟研究

发布时间：2025-05-06 22:14

　　低质量阻尼比圆柱是海洋工程中最常见的结构之一。在设计过程中,对其结构强度的计算当今已经有较为成熟的体系,但对于其涡激振动(影响疲劳强度)的预报,当前在工程上仍然没有一个能够兼顾精度与效率的手段。本文的主要内容是基于OpenFoam开源软件,用数值模拟的方法研究二维与三维圆柱涡激振动之间差异与关联,并基于此提“安全系数法”,对二维涡激振动的振幅响应曲线进行修正,使其接近三维模型的精度。同时,针对大涡模拟法与雷诺平均法在计算涡激振动中存在的问题分别进行分析与改进,为本文的研究提供基础。本文的主要工作如下:首先,运用大涡模拟法研究三维圆柱涡激振动中的三维效应。同时,为了克服大涡模拟耗时较大的缺点,研究了不同并行计算方式下,大涡模拟的精度与计算效率,探究适用于圆柱绕流及大涡模拟的最佳并行计算策略,并通过展向网格层数为1～64的三维模型的大涡模拟法计算结果分析,研究展向网格数对大涡模拟精度的影响。分析了最为合适的网格层数与并行计算策略,以提高大涡模拟法的精度与计算速度。然后,运用雷诺平均法研究三维效应的缺失对二维圆柱涡激振动数值模拟结果的影响。同时,针对标准SST湍流模型在计算尾流场完全湍流情况的...

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１深水平台种类??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｙｐｅ?ｏｆ?ｄｅｅｐ?ｗａｔｅｒ?ｐｌａｔｆｏｒｍ??

此时的油气开采一般使用浮式平台。浮式平台主要包括浮式生产储油卸油船??（Ｆｌｏａｔｉｎｇ?Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?Ｓｔｏｒａｇｅ?ａｎｄ?Ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ）、半潜式平台（Ｓｅｍｉ－Ｆｌｏａｔｉｎｇ?Ｐｒｏｃｕｃｔｉｏｎ??Ｆａｃｉｌｉｔｙ）、张力腿平台（Ｔｅｎｓｉｏｎ?Ｌｅｇ?....

图１．２低雷诺数时响应分支??

诺数和高雷诺数的界定并没有很明确的界限，只能给出大致的范围。??１．２．１．１低雷诺数响应??低雷诺数圆柱涡激振动响应如图１．２所示。此时响应有两个分支，分别为初始分支??（ｉｎｉｔｉａｌ?ｂｒａｎｃｈ）和下端分支（ｌｏｗｅｒ?ｂｒａｎｃｈ），其中最大振幅出现在下端分支上。??初....

图１．３横流向最大振幅随雷诺数的变化情况??．．ａｒ

１．２．１．２中等雷诺数响应??在中等雷诺数条件下，根据质量一阻尼参数的不同，润激振动系统会出现两种??不同的响应，如图１．４和１．５所示。当较大时（图１．４），涡激振动的响应只有两个??分支，分别对应为初始分支和下端分支，其中最大振幅出现在初始分支上。当较小??时（图１．５），....

图２．１平板和曲面结构的边界层示意图??

运动速度远大于横流向运动速度。此时，这些漩涡的运动被限制在边界层内。同时，在??边界层内，粘性力的影响不可忽略。假定来流均匀，且方向与模型平行，平板和曲面结??构的边界层示意图如图２．１所示。??１?＇Ｖ?／，：?；１?：謂⑴?ｙ?／ｓｈｅａｒ，ａｙｅｒ??ｊ?ｉ?§?倾卜?一?....

本文编号：4043167