[01198481]多海洋立管结构瞬态振动特性及管间耦合作用机制研究

多弹性海洋立管间的耦合共振、振动干涉及尾涡区的泻涡叠加等是管群结构所特有的瞬态振动现象,也是加速其结构极限破坏和疲劳破坏的主要诱因。 本研究在完善非稳态振动信号分解、分析技术的基础上,采用数值模拟仿真与物理模型实验相结合的方法,对强迫及自激振动作用下,弹性多立管系统的瞬态振动特性及管间耦合作用机制进行研究。 本项目改进现有的信号分解方法,以准确地分析非平稳涡激振动过程;发展、完善振动模态（非模态和固有模态）识别技术,以更好的研究各模态的时间-频率-能量振动特征。为此需要执行三个重要的步骤：第一步将代表非平稳振动过程虚能量特征的静态偏移项与代表固有模态振动形式的局部变形项分别分离出来;第二步对局部涡激振动项进行准确的信号分解,并进行瞬态时间-频率-能量Hilbert谱分析,以识别各瞬态固有振动模态;然后根据结构偏移程度,对系统进行强度分析,以确定弹性立管结构的稳定性;第三步依据固有振动模态识别结果,预测弹性立管的疲劳破坏风险。 在海洋立管数值与模型试验研究中的创新为将复合动荷载（内外流联合作用）作为涡激振动诱发因素,以研究规则以及不规则排列的多弹性立管系统（前后双管体结构,1+2三管体以及2×2四管体结构）的耦合振动特性。从流固耦合不规则能量转换和传递的角度,揭示了均匀流、非均匀流场及复合动荷载作用下,弹性立管系统的振动模态突变、振动耦合、干涉的规律,以及管间振动能量不规则转移与不同区段泻涡发放形态、尾涡重组等现象之间的内在耦合机制。 本项目关于多立管结构瞬态振动分析及管间耦合、干涉作用机制的研究结果,对复杂海洋工程系统的结构优化设计、结构强度分析及疲劳破坏预报提供理论参考和应用指导。