[發明專利]一種針對雷諾平均法的渦激振動振幅預報曲線修正方法

有效

• 申請號: 201910484210.5
• 申請日: 2019-06-05
• 公開（公告）號: CN110210139B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 倪問池;張旭;張蔚
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明提出了一種用于提高立管渦激振動雷諾平均法預報精度的振幅曲線修正方法,首先采用SST湍流模型，計算預設參數下立管的渦激振動最大振幅隨流速的響應曲線；然后計算施加擾動后的渦激振動響應，記錄各流速下能造成穩定階段運動狀態改變的臨界擾動值；之后求得延長線與速度軸的交點所對應的速度值；最后，在最大振幅?流速曲線中，在最大振幅處將曲線按照原有趨勢延長至上一步中求得的速度處，并將延長部分代替原有的曲線，得到振幅修正曲線。該方法主要用于修正傳統雷諾平均法在計算低質量阻尼比圓柱渦激振動問題時，由于自身的局限性所造成的分支跳躍點的計算誤差，從而得到精度更高的最大振幅預報曲線，能夠更準確地指導立管的參數設計。

技術領域

本發明屬于海洋工程立管渦激振動響應預報技術領域，尤其是涉及一種針對雷諾平均法的渦激振動振幅預報曲線修正方法。

背景技術

立管是海洋資源開發系統中的關鍵部分，在實際工作環境中，立管在流載荷的作用下會發生渦激振動，造成疲勞或者結構破壞，因此在設計過程中必須對其渦激振動響應進行預報。數值模擬法是工程中常用的預報方法之一，其中雷諾平均法的應用最為廣泛。然而由于在湍流模型的構建中引入了過多假設，使得雷諾平均法在計算立管渦激振動問題時存在誤差。

雷諾平均法對于立管渦激振動問題的計算誤差在振幅響應中尤其明顯。對于低質量阻尼比立管，最大振幅隨速度的變化曲線往往呈現出三個分支，即初始分支，上端分支與下端分支，在分支之間，振幅響應會發生跳躍。傳統的雷諾平均法對于分支跳躍點，特別是上端分支與下端分支之間的跳躍點的預測存在較大誤差，造成振幅-速度曲線最大振幅附近的計算結果與實際值之間存在較大偏差，使得傳統方法對于立管渦激振動的最大振幅以及對應的流速的預報結果均不夠準確，從而無法正確指導立管的參數設計。

發明內容

本發明為了解決傳統方法中最大振幅附近的計算結果與實際值之間存在較大偏差，立管渦激振動的最大振幅以及對應的流速的預報結果均不準確的問題，提供了一種用于提高立管渦激振動雷諾平均法預報精度的振幅曲線修正方法。該方法主要基于對分支跳躍點附近振幅響應分岔特性的量化分析，得到相應區間的振幅曲線修正方法，從而提升振幅響應的預報精度。

本發明所采取的技術方案為：一種針對雷諾平均法的渦激振動振幅預報曲線修正方法，包括以下步驟

S01建立立管渦激振動數值模型；

S02采用SST湍流模型，計算預設參數下立管的渦激振動最大振幅隨流速的響應曲線最大振幅-速度預報曲線C₁；

S03在最大振幅附近的速度區間中，計算脈沖擾動后的渦激振動響應，記錄各流速下能造成穩定階段運動狀態改變的臨界擾動值；

S04繪制臨界擾動值-速度曲線C₂，將曲線延長并與x軸相交，得到交點處的速度為U_交；

S05在曲線C₁最大值處將曲線C₁延長至x＝U_交處，并將延長部分代替對應流速區間中原有的曲線，得到振幅修正曲線。

進一步的，步驟S03具體為

a取最大振幅點對應的工況，在系統振動穩定階段對圓柱施加脈沖擾動，求得能使穩定階段運動狀態發生改變的最小擾動值為臨界擾動值；

b將無量綱速度值減小0.1，重復a步驟的計算流程，求取該速度下的臨界擾動值，若臨界擾動值小于等于0.5D，則重復該步驟，若臨界擾動值大于0.5D或者不存在，則進入下一步。

進一步的，所述立管渦激振動數值模型中數值模擬的邊界條件為：

圓柱表面：無滑移壁面；

入口：流速從0增加到預設值然后保持恒定；

出口：靜壓力為0；