马烨璇 宋志友 徐万海

(天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300072)

引言

海洋立管是深海矿产资源和油气资源开发中的关键设备,亦是薄弱易损构件.海流作用下,立管后缘产生交替泄放的漩涡,诱发立管振动,即“涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)”.当漩涡脱落频率接近结构固有频率时,将“锁定”在固有频率附近,致使立管的振动幅值急剧增大,造成严重疲劳损伤,威胁结构安全.因此,立管的涡激振动及抑制一直是学术界和工程界广泛关注的热点和难点问题,已取得了大量代表性的研究成果[1-6].

根据是否有外界能量输入,涡激振动抑制方法可分为两大类:主动抑制和被动抑制.主动抑制通过实时监测结构的振动响应及流场,采用声波、击振等主动方式干扰结构的振动或影响流场.从结构层面考虑,Baz 和Ro[7]设计了适用于柔性圆柱结构多模态涡激振动抑制的独立模态控制器,抑制效率可达40%,但易出现控制溢出现象.Do 和Pan[8]将边界控制技术应用于海洋立管系统,实现了立管在横向、侧向和轴向的稳定性控制.Nguyen等[9]根据Lyapunov 直接法设计了端部控制器,通过控制立管顶端的位移和速度来抑制振动.赵志甲等[10]考虑内流影响,设计了用于立管振动抑制的边界控制装置和干扰观测器.Song等[11]设计了线性二次型最优控制器,有效抑制了立管的多模态振动,抑制效率可达71%～ 89%.赵瑞等[12]提出了通过端部激励对立管进行振动抑制的主动控制技术,分析了端部激励参数对立……