唐国强,吕 林,2,滕 斌,谢 彬,宋吉宁,张建侨,吴 浩

(1.大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁 大连 116024;2.大连理工大学深海工程研究中心,辽宁 大连 116024;3.中海石油研究中心技术研究部,北京 100027;4.中国水产科学研究院渔业工程研究所,北京 100141)

大长细比柔性杆件涡激振动实验

唐国强1,吕 林1,2,滕 斌1,谢 彬3,宋吉宁1,张建侨4,吴 浩1

(1.大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁 大连 116024;2.大连理工大学深海工程研究中心,辽宁 大连 116024;3.中海石油研究中心技术研究部,北京 100027;4.中国水产科学研究院渔业工程研究所,北京 100141)

涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)是导致深海细长柔性立管发生疲劳破坏的重要因素。采用实验观测手段研究了长细比为1 750的柔性立管多模态涡激振动特性。实验中,通过采用拖车拖拉立管模型在水池中匀速行进来模拟均匀流作用下的涡激振动响应。利用光纤光栅传感器测量立管模型在横流向(cross-flow,CF)和顺流向(in-line,IL)的应变,进而通过模态分解的方法,获得立管模型涡激振动的位移。在此基础上,研究了CF以及IL方向的响应频率、位移标准差的平均值和最大值等随流速的变化规律,并分析了立管模型上测点的运动轨迹及其影响因素。

细长柔性立管;涡激振动;动力响应;模态分解

Abstract:Vortex-induced vibration(VIV)isoneof themost important factorsaccounted for the fatigue damageof long-flexible risers in deep water.Laboratory testswere conducted to investigate themulti-mode dynamic responsesof risermodel subjected to steady current flow.The risermodel is28m in length and 1.6 cm in diameter,leading to a large aspect ration of 1750.The risermodelwas installed on a towing carriage,whichmightmove horizontally above awave basin with desirable speeds.Thus a uniform current could bemodeled in a straightforward manner.The strainof risermodel in both Cross-flow and In-line directionswas recorded by the Fiber Bragg Grating(FBG)sensorsand the displacementswere obtained bymeansof themodal decomposition method.The variationsof frequency spectrum and standard deviation of displacementwith towing speedwere examined.Theorbitalmotionof typical cross-sectionof the risermodel and its dependencewere also investigated.

Key words:long-flexible riser;vortex-induced vibration(VIV);dynamic response;modal analysis

海洋立管是连接上部平台和海底井口的重要海洋工程设施。在深海环境下,立管结构往往具有很大的长细比,此时所承受的海洋环境荷载主要是水流的作用。当水流经过立管时,会在其两侧形成交替的漩涡脱落,由此产生的周期性作用力会引起立管的涡激振动现象(vortex-induced vibration,VIV)。……