海洋深水管樁模型的渦激振動(dòng)數(shù)值模擬研究

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4、ulationontheVortex-inducedVibrationofMarineDeepWaterPipeModelCandidate:ChenYuSupervisor:LiQiangSpeciality:NavalArchitectureandOceanEngineeringDateOfSubmission：December2015摘要摘要隨著我國(guó)海洋戰(zhàn)略的實(shí)施，海上道路運(yùn)輸?shù)男枨笱该桶l(fā)展,跨海交通設(shè)施的建設(shè)要求日益增加，海洋的建設(shè)不斷涌現(xiàn)。橋梁樁基在架設(shè)以及使用的過(guò)程中常常會(huì)受到渦激振動(dòng)的影響，隨著水深的增加和所處復(fù)雜流場(chǎng)的不斷變化，渦激振動(dòng)作用越來(lái)越強(qiáng)烈，橋梁深水管樁渦激振動(dòng)的研究

5、有著極其重要的意義。本文研究的主要內(nèi)容和成果：（1）本文采用Abaqus軟件，在均勻流和流速梯度條件下，利用Co-execution模塊進(jìn)行流固耦合計(jì)算，進(jìn)行圓柱繞流和鋼管樁的渦激振動(dòng)以及樁土相互作用下鋼管樁的渦激振動(dòng)的數(shù)值模擬和研究。（2）通過(guò)均勻流和梯度流下的圓柱繞流的數(shù)值模擬得到：圓柱繞流在層流流態(tài)下旋渦周期性生成和脫落，升力和阻力系數(shù)穩(wěn)定在某一個(gè)固定的幅值振蕩，在紊流流態(tài)下尾流轉(zhuǎn)為紊流渦街,升力和阻力系數(shù)相對(duì)穩(wěn)定；Strouhal數(shù)基本符合以往文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但是在高雷諾數(shù)下均出現(xiàn)偏大或者偏小的情況。（3）通過(guò)均勻流和梯度流下的鋼管樁渦激振動(dòng)的數(shù)值模擬得到：通過(guò)升力和阻力系數(shù)曲線可以看

6、出，在不同長(zhǎng)細(xì)比和不同質(zhì)量比下，相同雷諾數(shù)下的升阻力系數(shù)有較明顯變化，頻譜圖變化不大，梯度流下的穩(wěn)定性更好。通過(guò)約化速度與共振效應(yīng)的關(guān)系曲線可以發(fā)現(xiàn)，低質(zhì)量比下，渦激振動(dòng)發(fā)生后，約化速度與兩自由度無(wú)量綱振幅的曲線中存在更多的分支，梯度流條件下此曲線與均勻流相比變化幅值和波動(dòng)性都較小，Ax分支更少，Ay的變化規(guī)律更加統(tǒng)一。梯度流條件下的約化速度與頻率比的曲線與均勻流相比鎖頻所需約化速度更小，通過(guò)此曲線可以發(fā)現(xiàn)質(zhì)量比越大，達(dá)到鎖頻的所需要的約化速度可能越大。（4）梯度流及樁土相互作用下的鋼管樁的渦激振動(dòng)與梯度流下的鋼管樁渦激振動(dòng)相比，各雷諾數(shù)下升力阻力系數(shù)更加穩(wěn)定，約化速度與共振效應(yīng)更加規(guī)律。但是

7、渦街發(fā)放程度減弱，說(shuō)明土對(duì)鋼管樁的振動(dòng)有一定的抑制作用。關(guān)鍵詞：渦激振動(dòng);樁土相互作用;梯度流;質(zhì)量比;約化速度IAbstractAbstractAlongwiththeimplementationofoceanstrategyofourcountry，aandtherapiddevelopmentofthedemandofoffshoreroadtransport,theseatransport