CN117150971A - 一种联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海洋工程技术领域，公开了一种联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法及系统。该方法包括：建立段塞内流理论模型，通过气相和液相流量获得段塞内流沿空间和时间变化的密度参数；建立内外流联合激励下立管非线性振动控制方程；基于同步化方法建立考虑剪切流作用多模态涡激振动模型；引入管内段塞内流流动密度变化，再通过有限元方法对虑剪切流作用多模态涡激振动模型进行离散和求解，实现段塞内流和剪切外流联合激励下海洋立管多模态涡激振动预测。本发明通过动态调整涡激力平均瞬时频率，建立立管多模态涡激振动模型，实现段塞内流和剪切外流联合激励下立管多模态涡激振动准确预测。
Description
技术领域
本发明属于海洋工程技术领域，尤其涉及一种联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法及系统。
背景技术
海洋立管在段塞内流和剪切外流联合激励下会产生多模态涡激振动响应，但目前现有考虑内部段塞流作用下海洋立管涡激振动预测方法中段塞内流理论模型参数难以获取，这极大限制了其在工程上的应用。
此外，但实际海洋环境中立管外部为复杂流速剖面的剪切流场，因此会激发多阶模态参与立管涡激振动。而目前海洋立管涡激振动理论模型对试验获取的经验参数依赖性较强，且当外部流速沿立管展向变化较大时，传统模型中通常假定高阶模态覆盖低阶模态，因此难以解释多阶模态间响应之间的相互竞争机制，因此在预报段塞内流和剪切外流联合激励下会产生多模态涡激振动响应会产生较大误差。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
（1）现有技术不能准确反映立管内部段塞流的时空变异性，不能更直接模拟段塞流密度变化对立管多模态涡激振动的影响。
（2）现有技术在段塞流密度变化模型气相和液相流量参数获取中，准确性效果差，实际工程应用受限。
（3）现有技术不能准确模拟出立管振动多阶模态间相互竞争机制，对段塞内流和剪切外流联合激励下立管多模态涡激振动预测准确性差。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法及系统。
所述技术方案如下：联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法，包括以下步骤：
S1，建立段塞内流理论模型，通过气相和液相流量获得段塞内流沿空间和时间变化的密度参数；
S2，基于段塞内流沿空间和时间变化的密度参数，建立内外流联合激励下立管非线性振动控制方程，基于同步化方法建立考虑剪切流作用多模态涡激振动模型；
S3，引入管内段塞内流流动密度变化，通过有限元方法对虑剪切流作用多模态涡激振动模型进行离散和求解，实现段塞内流和剪切外流联合激励下海洋立管多模态涡激振动预测。
在步骤S1中，段塞内流理论模型为：
，
式中，为段塞内流密度，为内流平均密度，为空间位置，为时间位置，为内流密度波动幅值，是虚数单位，为内流密度波动波数；为密度波动角频率，为内流密度波动初始相位角。
在步骤S1中，通过气相和液相流量获得段塞内流沿空间和时间变化的密度参数，包括：
分别建立从液塞区到泰勒泡区气体质量守恒关系式和液体的质量守恒关系式，得到：
，
，
式中，为段塞单元移动速度，为液膜区气相流速，为液膜区气相体积分数，为液塞区气相流速，为液塞区液相流速，为液膜区液相体积分数，为液塞区液相体积分数；
对于完全发展的段塞流单元，气相和液体的质量守恒方程表示为：
，
，
式中，为气相表观流速，为段塞流液膜区长度，为段塞流单元长度，为液塞区气相体积分数，为液相表观流速，为液膜区液相体积分数，为液膜区液相流速。
进一步，气相和液体的质量守恒方程建立后，所有流动结构的速度均被定义，对于参数多于质量守恒方程，引入经验关系式使控制质量守恒方程闭合；
段塞单元移动速度通过下式计算：
，
式中，为段塞单元移动速度，为混合物移动速度，为重力加速度，为立管内径，为液相密度，为气相密度；
液塞区气相体积分数为：
，
式中，为混合物移动速度；
液塞中的液体和气体为完全发展的气泡流，液塞中气体为在横截面平均分布，液塞中气体的速度通过下式计算：
，
式中，为气泡群中单个气泡移动速度；
液膜区液相流速通过下式计算：
，
构建以下函数：
，
式中，为气液表面张力；
进而通过以下方程迭代求解，表达式为：
，
式中，为迭代次数；
在求解得到段塞流各流动结构的速度和体积分数后，进一步通过下式求解段塞内流理论模型所需参数：
，
，
，
，
式中，为段塞流平均密度，为段塞流密度波动。
在步骤S2中，基于段塞内流沿空间和时间变化的密度参数，建立内外流联合激励下立管非线性振动控制方程，包括：构建海洋立管模型，底部连接水下井口，顶部与浮式生产平台相连，立管在顶张力和自重影响下形成初始平衡状态，在段塞内流和剪切外流联合激励下产生涡激振动；
以立管与井口连接处为原点，海流方向为X轴，垂直于海流方向为Y轴，海底井口到海面平台方向为Z轴建立笛卡尔坐标系；
立管不同位置不同时刻涡激响应的Y方向位移表示为：
，
式中，为Y方向位移，单位为m；为不同位置不同时刻Y方向位移，单位为m；为空间位置，单位为m；为时间位置，单位为s；
立管单元变形后的微分弧长如下：
，
式中，为微分弧长；为立管单元在Y方向上的长度，单位为m；为立管单元在竖直方向上的长度，单位为m；为Y方向位移关于空间的导数，为不同位置不同时刻Y方向位移关于空间的导数；
则有：
，
式中，为弧长关于空间的导数，为微分弧长，为弧长关于空间的导数；
对于海洋立管大长细比造成响应的响应非线性，建立内外流联合激励下立管非线性振动控制方程如下：
，
式中，为单位长度立管质量；为单位长度立管内部流体质量；为单位长度立管附加流体质量；为立管结构阻尼系数；为不同位置不同时刻Y方向位移，为内部流体速度；为弧长；为轴向N；为立管弹性模量；为立管截面惯性矩；上标为对时间的微分；上标为对时间的二阶微分；上标为对空间的微分；上标为对空间的二阶微分；上标（4）代表为对空间的四阶微分；上标（5）代表为对空间的五阶微分；为涡激力；
涡激力被分解为激励力、附加质量力和阻尼三个分量；其中，激励力与漩涡脱落导致的动压力场有关，在横流向的分量表示为：
，
式中，为外部流体密度，为立管外径，是与横流向振幅有关的经验常数，为海流流速，为横流向涡激力的瞬时相位；
由于涡激振动会影响漩涡脱落频率，当锁振发生时，漩涡脱落频率会与结构运动频率保持一致，这一过程通过激励力瞬时相位的变化来描述，激励力横流向分量瞬时变化角频率如下：
，
式中，为激励力横流向分量瞬时变化角频率有关的函数，为圆柱横流速度的瞬时相位。
在步骤S2中，基于同步化方法建立考虑剪切流作用多模态涡激振动模型，包括：涡激力和速度被视为单位圆上旋转点的两个点，涡激力和运动速度随时间的变化通过瞬时相位描述；涡激力平均瞬时频率与漩涡脱落角频率保持同步，当涡激振动频率高于或低于数倍漩涡脱落角频率时，激励力无法给振动传递能量，升力改变速度与振动频率相匹配，当速度超前于升力时，升力加速，反之升力减速。
在离散后的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵中引入管内段塞内流流动密度变化；圆柱在水中振动时受到流体阻尼力和附加质量力的作用，水动力阻尼和附加流体质量吸收振动能量，横流向的涡激力为：
，
式中，和是水动力阻尼系数；
假定立管两端处于铰支状态，则立管边界条件为：
，
，
式中，为不同位置不同时刻Y方向位移，为立管顶部位置；为时间位置，为空间位置，为不同位置不同时刻Y方向位移关于空间的二阶导数；
在步骤S3中，通过有限元方法对虑剪切流作用多模态涡激振动模型进行离散和求解包括：将立管涡激振动位移转化为Hermite插值函数形式为：
，
式中，为形函数矩阵。
形函数表达式如下：
，
，
，
，
式中，为立管单元长度，单位为m；
采用Hermite插值法离散后涡激振动方程的矩阵形式如下：
，
式中，为总体质量矩阵，为总体阻尼矩阵，为总体刚度矩阵，为涡激力矩阵，分别为Y方向位移矩阵、Y方向位移矩阵关于时间的一阶导数、Y方向位移矩阵关于时间的二阶导数；
，
，
，
。
在步骤S3中，采用Newmark-β法迭代求解模态涡激振动响应实现段塞内流和剪切外流联合激励下海洋立管多模态涡激振动预测。
本发明的另一目的在于提供一种联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析系统，应用所述联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法，该系统包括：
段塞内流理论模型建立模块，用于建立段塞内流理论模型，通过气相和液相流量获得段塞内流沿空间和时间变化的密度参数；
多模态涡激振动模型建立模块，用于基于上述段塞内流沿空间和时间变化的密度参数，内外流联合激励下立管非线性振动控制方程；基于同步化方法建立考虑剪切流作用多模态涡激振动模型；
海洋立管多模态涡激振动预测模块，用于引入管内段塞内流流动密度变化，再通过有限元方法对虑剪切流作用多模态涡激振动模型进行离散和求解，实现段塞内流和剪切外流联合激励下海洋立管多模态涡激振动预测。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明公开的段塞内流和剪切外流联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法，通过段塞内流理论模型和多模态涡激振动模型解决了传统方法难以准确反映多阶模态间相互竞争机制，实现段塞内流和剪切外流联合激励下海洋立管多模态涡激振动准确预测。在段塞内流理论模型中，通过经验公式和理论建模，通过气相和液相流量直接求解管内段塞流沿时间和空间的密度变化，便于工程应用。此外基于同步性理论建立多模态涡激振动模型，准确反映多阶模态相互竞争机制，提高模型预测精度。
本发明通过将段塞内流密度变化建模为一个恒定分量和一个波动分量的线性叠加，准确反映了立管内部段塞流的时空变异性，更直接模拟段塞流密度变化对立管多模态涡激振动的影响。
本发明通过质量守恒以及经验关系式建立段塞流控制方程，可通过气相和液相流量直接求解出段塞流密度变化模型参数，便于该模型工程应用。
基于同步化方法，本发明通过动态调整涡激力平均瞬时频率，建立立管多模态涡激振动模型，准确模拟出立管振动多阶模态间相互竞争机制，实现段塞内流和剪切外流联合激励下立管多模态涡激振动准确预测。
本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值主要体现在以下几个方面：
1.提高预测准确性：传统方法难以准确预测多模态涡激振动响应，而本发明通过建立段塞内流理论模型和考虑剪切外流作用的多模态涡激振动模型，有效解决了这一问题，可以提高对海洋立管多模态涡激振动的预测准确性。
2.优化工程设计：准确预测海洋立管的多模态涡激振动响应对于海洋工程设计至关重要。本发明提供了一种可靠的分析方法，能够帮助工程师更好地理解和控制涡激振动现象，从而优化立管的设计、避免共振和疲劳破坏等问题，提高工程可靠性和安全性。
3.降低成本和风险：传统方法中对于内部段塞流模型参数的获取困难，限制了其在工程上的应用。而本发明通过直接求解段塞内流沿时间和空间的密度变化，避免了依赖经验参数的局限性，降低了成本和风险，并且提高了方法的通用性和适用性。
基于以上优势，本发明的技术方案在海洋工程领域具有广泛的应用前景和商业价值。其应用可以涵盖海洋石油、海洋工程建设、海底管道等领域，为相关企业和机构提供更准确、可靠的多模态涡激振动分析服务，帮助它们提升工程质量、降低运营成本，并在竞争激烈的市场中获取市场份额。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理；
图1是本发明实施例提供的联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法流程图；
图2是本发明实施例提供的海洋立管模型示意图；
图3是本发明实施例提供的联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析系统示意图；
图4是本发明实施例提供的剪切流流速剖面图；
图5是本发明实施例提供的段塞内流密度变化图；
图6是本发明实施例提供的将求得段塞流密度引入本发明建立多模态涡激振动模型中，计算得到立管多模态涡激振动响应归一化均方根位移图；
图7是本发明实施例提供的传统方法海洋立管多模态涡激振动响应位移图；
图8是本发明实施例提供的多模态涡激振动响应频率图；
图中：1、段塞内流理论模型建立模块；2、多模态涡激振动模型建立模块；3、海洋立管多模态涡激振动预测模块。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
本发明实施例提供的联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法及系统创新点在于：
本发明提出了一种联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法。与现有技术相比，该方法的创新点包括以下几个方面：首先，通过建立段塞内流理论模型，直接求解段塞内流沿时间和空间的密度变化，克服了现有方法中难以获取段塞内流模型参数的问题。其次，利用同步化方法建立考虑剪切流作用的多模态涡激振动模型，准确反映了多阶模态之间的相互竞争机制，提高了模型的预测精度。最后，通过在同步性理论多模态涡激振动模型基础上，并引入段塞内流密度变化，能够更准确地描述内外流联合激励下的多模态涡激振动效应。
本发明克服了现有海洋立管涡激振动预测方法难以准确预测多模态响应的缺陷，提供一种段塞内流和剪切外流联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法。
实施例1，如图1所示，本发明实施例提供的联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法包括：
S1，建立段塞内流理论模型，通过气相和液相流量获得段塞内流沿空间和时间变化的密度参数；
S2，基于段塞内流沿空间和时间变化的密度参数，建立内外流联合激励下立管非线性振动控制方程，基于同步化方法建立考虑剪切流作用多模态涡激振动模型；
S3，引入管内段塞内流流动密度变化，通过有限元方法对虑剪切流作用多模态涡激振动模型进行离散和求解，实现段塞内流和剪切外流联合激励下海洋立管多模态涡激振动预测。
通过上述实施例可知，本发明的技术方案填补了以下外业内技术空白：多模态涡激振动预测方法：现有的海洋立管涡激振动预测方法大多针对单一模态的响应进行分析，难以准确预测多模态涡激振动响应。而本发明通过建立考虑剪切外流作用的多模态涡激振动模型，能够准确反映多阶模态间的相互竞争机制，填补了这一技术空白。
段塞内流模型参数获取：在海洋立管涡激振动预测中，传统方法中难以获取段塞内流模型参数，这限制了其在工程上的应用。本发明通过建立段塞内流理论模型，并通过气液两相流量直接求解管内段塞流沿时间和空间的密度变化，填补了这一技术空白，提供了一种可行的参数获取方法。
整合内外流联合激励效应：实际海洋环境中，海洋立管同时受到段塞内流和剪切外流的联合激励，而传统方法中往往将高阶模态覆盖低阶模态，难以解释多阶模态间的相互竞争机制。本发明通过在同步性理论多模态涡激振动模型基础上，并引入段塞内流密度变化，能够更准确地描述内外流联合激励效应，填补了这一技术空白。
总而言之，本发明的技术方案填补了在多模态涡激振动预测、段塞内流模型参数获取以及内外流联合激励效应等方面的国内外业内技术空白。通过提供准确的预测和分析方法，该技术方案对于优化海洋工程设计、降低成本和风险具有重要意义。
本发明的技术方案解决了现有海洋立管涡激振动预测方法中存在的难以准确预测多模态响应的问题。通过建立段塞内流理论模型和考虑剪切流作用的多模态涡激振动模型，该技术方案能够精确预测段塞内流和剪切外流联合激励下海洋立管的多模态涡激振动响应。与传统方法相比，该方案能够更好地反映多阶模态之间的相互竞争机制，提高了模型的预测精度。因此，这个技术方案可以解决人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题。
本发明的技术方案是基于段塞内流和剪切外流联合激励下海洋立管多模态涡激振动的分析方法，通过建立合理的模型和采用同步化方法，解决了现有方法在预测多模态响应时存在的技术难题。因此，可以说该技术方案克服了技术上的偏见，并提供了一种更准确、全面的预测方法，为相关领域的工程实践提供了更可靠的支持。
实施例2，作为本发明另一种实施方式，本发明实施例提供的联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法包括：
步骤一，建立段塞内流理论模型：
当海洋立管内部产生段塞内流时，内部段塞流周期性的流动结构会产生随时间和空间变化的内流流动参数，进一步增强外部剪切流激励下的立管多模态振动涡激振动特性。因此需要先对段塞内流进行建模，求解海洋立管内部段塞内流随时间和空间变化的流动参数，为进一步计算得到海洋立管多模态涡激振动响应建立基础。
当考虑立管在外部海洋环境作用下产生运动响应时，管道运动与内部多相流动之间会存在极为复杂的流固耦合现象，给内部多相流动带来很大的随机性与不稳定性。而采用假设管道静止时的稳态段塞流模型与拉格朗日段塞流追踪模型无法准确反映段塞流的时空变异性。当管道发生振动时，虽然振动引起的气液混合过程会破坏内部多相流流型，但管道截面上各相流体的质量可认为保持不变，段塞流的密度变化可被建模为一个恒定分量和一个波动分量的线性叠加。因此本发明创新的建立段塞内流理论模型如下：
，
式中，为段塞内流密度，为内流平均密度，为空间位置，为时间位置，为内流密度波动幅值，是虚数单位，为内流密度波动波数；为密度波动角频率，为内流密度波动初始相位角。
为通过气相和液相流量求得段塞内流理论模型参数，分别建立从液塞区到泰勒泡区气体质量守恒关系式和液体的质量守恒关系式得到：
，
，
式中，为段塞单元移动速度，为液膜区气相流速，为液膜区气相体积分数，为液塞区气相流速，为液塞区液相流速，为液膜区液相体积分数，为液塞区液相体积分数；
对于完全发展的段塞流单元，气相和液体的质量守恒方程表示为：
，
，
中，为气相表观流速，为段塞流液膜区长度，为段塞流单元长度，为液塞区气相体积分数，为液相表观流速，为液膜区液相体积分数，为液膜区液相流速。
在建立质量守恒方程后，所有流动结构的速度均被定义。然而在质量守恒方程中参数多于方程，本发明引入一些经验关系式使控制方程闭合。段塞单元移动速度通过下式计算：
，
式中，为段塞单元移动速度，为混合物移动速度，为重力加速度，为立管内径，为液相密度，为气相密度；
液塞区气相体积分数为：
，
式中，为混合物移动速度；
本发明中液塞中的液体和气体被认为是完全发展的气泡流，液塞中气体被认为在横截面平均分布，因此液塞中气体的速度通过下式计算：
，
式中，为气泡群中单个气泡移动速度；
液膜区液相流速通过下式计算：
，
本发明联合上述引入的一些经验关系式使控制方程闭合，进一步带来的效果为：
（1）提高模型的精确性：通过引入经验关系式，可以更准确地描述和预测立管内部段塞内流的行为。这些经验关系式可以基于实验数据或过去的经验总结得出，能够弥补模型中可能存在的不完善的方程式。
（2）减少参数数量：引入经验关系式可以将某些未知参数通过已知变量的关系进行表示，从而减少了需要估计的参数数量。这样可以简化模型的求解过程，并减少参数估计的不确定性。
（3）提高模型的可靠性和适用性：经验关系式是通过对大量实验数据或实际案例的总结得出的，具有一定的普适性和可靠性。它们可以考虑到一些特殊情况或非线性效应，使得模型在更广泛的工况下都能够较好地适用。
（4）优化计算效率：引入经验关系式可以减少计算复杂度，提高模型的计算效率。与完全依赖数值求解的模型相比，经验关系式可以更快速地进行求解和模拟，适用于实时控制和优化等需要高效处理的场景。
总的来说，引入经验关系式使控制方程闭合可以提高立管内部段塞内流建模的精确性、可靠性和计算效率，从而更好地应对实际工程问题。
通过气液两相流量直接求解管内段塞流沿时间和空间的密度变化，便于工程应用。
构建以下函数：
，
式中，为气液表面张力；
进而通过以下方程迭代求解，表达式为：
，
式中，为迭代次数；
式中，为构造函数，为重力加速度，为立管内径；为液膜区液相体积分数；为段塞单元移动速度；为液塞区气相体积分数；为混合物移动速度；为气相密度；为液相密度；为气液表面张力。
通过以下方程迭代求解，表达式为：
，
式中，为迭代次数,为构造函数的导数，为液膜区液相体积分数；
在求解得到段塞流各流动结构的速度和体积分数后，进一步通过下式求解段塞内流理论模型所需参数：
，
，
，
，
式中，为段塞流平均密度，为段塞流密度波动，为空间位置，为时间位置，是虚数单位，为内流密度波动波数，为密度波动角频率，为段塞单元移动速度，为段塞流液膜区长度，为段塞流单元长度，为段塞单元流速，为液膜区气相体积分数，为液塞区气相体积分数，为液塞区液相体积分数，为液膜区液相体积分数。
本发明创新的提出构建以下函数、进而通过以下方程迭代求解、通过下式求解段塞流模型所需参数可带来以下积极效果：
在段塞内流模型中，通过经验公式和理论建模，通过气液两相流量直接求解管内段塞流沿时间和空间的密度变化，便于工程应用。
步骤二，构建图2中海洋立管模型，底部连接水下井口，顶部与浮式生产平台相连，立管在顶张力和自重影响下形成初始平衡状态，在段塞内流和剪切外流联合激励下产生涡激振动。
以立管与井口连接处为原点，海流方向为X轴，垂直于海流方向为Y轴，海底井口到海面平台方向为Z轴建立笛卡尔坐标系。
立管不同位置不同时刻涡激响应的Y方向位移可表示为：
，
式中，为Y方向位移，单位为m；为不同位置不同时刻Y方向位移，单位为m；为空间位置，单位为m；为时间位置，单位为s。
立管单元变形后的微分弧长如下：
，
式中，为微分弧长；为立管单元在Y方向上的长度，单位为m；为立管单元在竖直方向上的长度，单位为m；为Y方向位移关于空间的导数，为不同位置不同时刻Y方向位移关于空间的导数。
则有：
，
式中，为弧长关于空间的导数，为微分弧长，为弧长关于空间的导数。
由于海洋立管大长细比造成响应的响应非线性，本发明建立内外流联合激励下立管非线性振动控制方程如下：
，
式中，为单位长度立管质量；为单位长度立管内部流体质量；为单位长度立管附加流体质量；为立管结构阻尼系数；为不同位置不同时刻Y方向位移，为内部流体速度；为弧长；为轴向N；为立管弹性模量；为立管截面惯性矩；上标为对时间的微分；上标为对时间的二阶微分；上标为对空间的微分；上标为对空间的二阶微分；上标（4）代表为对空间的四阶微分；上标（5）代表为对空间的五阶微分；为涡激力。
涡激力可被分解为激励力、附加质量力和阻尼三个分量。其中激励力与漩涡脱落导致的动压力场有关，其在横流向的分量可表示为：
,
式中，为外部流体密度，为立管外径；是与横流向振幅有关的经验常数；为海流流速；是横流向涡激力的瞬时相位。
由于涡激振动会影响漩涡脱落频率，当锁振发生时，漩涡脱落频率会与结构运动频率保持一致，这一过程通过激励力瞬时相位的变化来描述，激励力横流向分量瞬时变化角频率如下：
,
式中，为激励力横流向分量瞬时变化角频率有关的函数；为圆柱横流速度的瞬时相位。
本发明基于同步方法建立多模态涡激振动模型，认为涡激力和速度被视为单位圆上旋转点的两个点，涡激力和运动速度随时间的变化通过瞬时相位描述。涡激力平均瞬时频率与漩涡脱落角频率保持同步，由于当涡激振动频率高于或低于数倍漩涡脱落角频率时，激励力无法给振动传递能量，因此升力会改变速度尽量与振动频率相匹配，当速度超前于升力时，升力会加速，反之升力减速。
本发明创新的提出其在横流向的分量表达式、激励力横流向分量瞬时变化角频率表达式带来的效果为：
步骤三，圆柱在水中振动时会受到流体阻尼力和附加质量力的作用，水动力阻尼和附加流体质量会吸收振动能量，本发明创新的提出，横流向涡激力为：
,
式中，和是水动力阻尼系数；
本发明创新的提出横流向的涡激力表达式，带来的积极效果为：
假定立管两端处于铰支状态，则立管边界条件为：
,
,
式中，为不同位置不同时刻Y方向位移，为立管顶部位置；为时间位置，为空间位置，为不同位置不同时刻Y方向位移关于空间的二阶导数。
将立管涡激振动位移转化为Hermite插值函数形式为：
,
式中，为形函数矩阵。
形函数表达式如下：
,
,
,
,
式中，为立管单元长度，单位为m。
采用Hermite插值法离散后涡激振动方程的矩阵形式如下：
，
式中，为总体质量矩阵，为总体阻尼矩阵，为总体刚度矩阵，为涡激力矩阵，分别为Y方向位移矩阵、Y方向位移矩阵关于时间的一阶导数、Y方向位移矩阵关于时间的二阶导数。
；
，
，
。
在本发明实施例中，海洋立管是一种在环境载荷作用下容易发生非线性大变形且响应时间尺度较大的细长结构物，本发明采用Newmark-β法迭代求解模态涡激振动响应。
可以理解，Newmark-β法来迭代求解多模态涡激振动响应的过程包括：
步骤1.确定系统的初始条件：包括结构的初始位移、速度等。
步骤2.确定结构的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵。
步骤3.将系统的动力学方程转化为一阶形式。
步骤4.将时间区间离散化为小时间步长，并确定时间步数。
步骤5.初始化变量
步骤6.迭代计算每个时间步的位移、速度和加速度：
步骤7.重复步骤6直到达到所需的时间。
实施例3，如图3所示，如图1所示，本发明实施例提供的联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法包括：
段塞内流理论模型建立模块1，用于建立段塞内流理论模型，通过气相和液相流量获得段塞内流沿空间和时间变化的密度参数；
多模态涡激振动模型建立模块2，用于基于上述段塞内流沿空间和时间变化的密度参数，内外流联合激励下立管非线性振动控制方程；基于同步化方法建立考虑剪切流作用多模态涡激振动模型；
海洋立管多模态涡激振动预测模块3，用于引入管内段塞内流流动密度变化，再通过有限元方法对虑剪切流作用多模态涡激振动模型进行离散和求解，实现段塞内流和剪切外流联合激励下海洋立管多模态涡激振动预测。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程。
本发明实施例还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括：至少一个处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述至少一个处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意各个方法实施例中的步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时可实现上述各个方法实施例中的步骤。
本发明实施例还提供了一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如上述各方法实施例中的步骤，所述信息数据处理终端不限于手机、电脑、交换机。
本发明实施例还提供了一种服务器，所述服务器用于实现于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如上述各方法实施例中的步骤。
本发明实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在电子设备上运行时，使得电子设备执行时可实现上述各个方法实施例中的步骤。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存取存储器（Random AccessMemory，RAM）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。
为进一步说明本发明实施例相关效果，进行如下实验。
本发明实施例提供的海洋立管涡激振动分析方法可应用于段塞内流和剪切外流联合激励下海洋油气混输立管多模态涡激振动响应预测。
以下以某海洋立管为例，对本发明公开的考虑海洋立管多模态涡激振动分析方法进行实施，首先得到管内段塞内流流动参数，进一步计算得到立管多模态涡激振动响应，立管及内流参数见表1，剪切流流速剖面见图4。
表1立管及内流参数：
。
应用本发明方法求得管内段塞内流流动参数见图5段塞内流密度变化图；由于段塞流交替流动的气液结构以及气相和液相的密度差，立管内段塞流的密度随时间和立管展向不断变化。
将求得段塞流密度引入本发明建立多模态涡激振动模型中，计算得到立管多模态涡激振动响应归一化均方根位移见图6，可以看出本发明预测的多模态涡激振动响应和试验数据吻合较好；传统方法海洋立管多模态涡激振动响应位移见图7；多模态涡激振动响应频率见图8，可以看出立管多模态涡激振动响应由第四阶模态主导，而其他阶模态也对涡激振动产生明显贡献，因此本发明可准确反映内部段塞流和外部剪切流下立管多模态涡激振动响应动力学特点。
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1，建立段塞内流理论模型，通过气相和液相流量获得段塞内流沿空间和时间变化的密度参数；
S2，基于段塞内流沿空间和时间变化的密度参数，建立内外流联合激励下立管非线性振动控制方程，基于同步化方法建立考虑剪切流作用多模态涡激振动模型；
S3，引入管内段塞内流流动密度变化，通过有限元方法对虑剪切流作用多模态涡激振动模型进行离散和求解，实现段塞内流和剪切外流联合激励下海洋立管多模态涡激振动预测。
2.根据权利要求1所述的联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法，其特征在于，在步骤S1中，段塞内流理论模型为：
，
式中，为段塞内流密度，为内流平均密度，为空间位置，为时间位置，为内流密度波动幅值，是虚数单位，为内流密度波动波数；为密度波动角频率，为内流密度波动初始相位角。
3.根据权利要求1所述的联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法，其特征在于，在步骤S1中，通过气相和液相流量获得段塞内流沿空间和时间变化的密度参数，包括：
分别建立从液塞区到泰勒泡区气体质量守恒关系式和液体的质量守恒关系式，得到：
，
，
式中，为段塞单元移动速度，为液膜区气相流速，为液膜区气相体积分数，为液塞区气相流速，为液塞区液相流速，为液膜区液相体积分数，为液塞区液相体积分数；
对于完全发展的段塞流单元，气相和液体的质量守恒方程表示为：
，
，
式中，为气相表观流速，为段塞流液膜区长度，为段塞流单元长度，为液塞区气相体积分数，为液相表观流速，为液膜区液相体积分数，为液膜区液相流速。
4.根据权利要求3所述的联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法，其特征在于，气相和液体的质量守恒方程建立后，所有流动结构的速度均被定义，对于参数多于质量守恒方程，引入经验关系式使控制质量守恒方程闭合；
段塞单元移动速度通过下式计算：
，
式中，为段塞单元移动速度，为混合物移动速度，为重力加速度，为立管内径，为液相密度，为气相密度；
液塞区气相体积分数为：
，
式中，为混合物移动速度；
液塞中的液体和气体为完全发展的气泡流，液塞中气体为在横截面平均分布，液塞中气体的速度通过下式计算：
，
式中，为气泡群中单个气泡移动速度；
液膜区液相流速通过下式计算：
，
构建以下函数：
，
式中，为气液表面张力；进而通过以下方程迭代求解，表达式为：
，
式中，为迭代次数；
在求解得到段塞流各流动结构的速度和体积分数后，进一步通过下式求解段塞内流理论模型所需参数：
，
，
，
，
式中，为段塞流平均密度，为段塞流密度波动，为空间位置，为时间位置，是虚数单位，为内流密度波动波数，为密度波动角频率，为段塞单元移动速度，为段塞流液膜区长度，为段塞流单元长度，为段塞单元流速，为液膜区气相体积分数，为液塞区气相体积分数，为液塞区液相体积分数，为液膜区液相体积分数。
5.根据权利要求1所述的联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法，其特征在于，在步骤S2中，基于段塞内流沿空间和时间变化的密度参数，建立内外流联合激励下立管非线性振动控制方程，包括：构建海洋立管模型，底部连接水下井口，顶部与浮式生产平台相连，立管在顶张力和自重影响下形成初始平衡状态，在段塞内流和剪切外流联合激励下产生涡激振动；
以立管与井口连接处为原点，海流方向为X轴，垂直于海流方向为Y轴，海底井口到海面平台方向为Z轴建立笛卡尔坐标系；
立管不同位置不同时刻涡激响应的Y方向位移表示为：
，
式中，为Y方向位移，单位为m；为不同位置不同时刻Y方向位移，单位为m；为空间位置，单位为m；为时间位置，单位为s；
立管单元变形后的微分弧长如下：
，
式中，为微分弧长；为立管单元在Y方向上的长度，单位为m；为立管单元在竖直方向上的长度，单位为m；为Y方向位移关于空间的导数，为不同位置不同时刻Y方向位移关于空间的导数；
则有：
，
式中，为弧长关于空间的导数，为微分弧长，为弧长关于空间的导数；
对于海洋立管大长细比造成响应的响应非线性，建立内外流联合激励下立管非线性振动控制方程如下：
，
式中，为单位长度立管质量；为单位长度立管内部流体质量；为单位长度立管附加流体质量；为立管结构阻尼系数；为不同位置不同时刻Y方向位移，为内部流体速度；为弧长；为轴向N；为立管弹性模量；为立管截面惯性矩；上标为对时间的微分；上标为对时间的二阶微分；上标为对空间的微分；上标为对空间的二阶微分；上标（4）代表为对空间的四阶微分；上标（5）代表为对空间的五阶微分；为涡激力；
涡激力被分解为激励力、附加质量力和阻尼三个分量；其中，激励力与式中，为外部流体密度，为立管外径，是与横流向振幅有关的经验常数，为海流流速，为横流向涡激力的瞬时相位；
由于涡激振动会影响漩涡脱落频率，当锁振发生时，漩涡脱落频率会与结构运动频率保持一致，这一过程通过激励力瞬时相位的变化来描述，激励力横流向分量瞬时变化角频率如下：
,
式中，为激励力横流向分量瞬时变化角频率有关的函数，为圆柱横流速度的瞬时相位。
6.根据权利要求1所述的联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法，其特征在于，在步骤S2中，基于同步化方法建立考虑剪切流作用多模态涡激振动模型，包括：涡激力和速度被视为单位圆上旋转点的两个点，涡激力和运动速度随时间的变化通过瞬时相位描述；涡激力平均瞬时频率与漩涡脱落角频率保持同步，当涡激振动频率高于或低于数倍漩涡脱落角频率时，激励力无法给振动传递能量，升力改变速度与振动频率相匹配，当速度超前于升力时，升力加速，反之升力减速。
7.根据权利要求6所述的联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法，其特征在于，还包括，在离散后的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵中引入管内段塞内流流动密度变化；圆柱在水中振动时受到流体阻尼力和附加质量力的作用，水动力阻尼和附加流体质量吸收振动能量，横流向的涡激力为：
,
式中，和是水动力阻尼系数；
假定立管两端处于铰支状态，则立管边界条件为：
，
，
式中，为不同位置不同时刻Y方向位移，为立管顶部位置；为时间位置，为空间位置，为不同位置不同时刻Y方向位移关于空间的二阶导数。
8.根据权利要求1所述的联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法，其特征在于，在步骤S3中，通过有限元方法对虑剪切流作用多模态涡激振动模型进行离散和求解包括：将立管涡激振动位移转化为Hermite插值函数形式为：
，
式中，为形函数矩阵；
形函数表达式如下：
，
，
，
，
式中，为立管单元长度，单位为m；
采用Hermite插值法离散后涡激振动方程的矩阵形式如下：
，
式中，为总体质量矩阵，为总体阻尼矩阵，为总体刚度矩阵，为涡激力矩阵，分别为Y方向位移矩阵、Y方向位移矩阵关于时间的一阶导数、Y方向位移矩阵关于时间的二阶导数；
，
，
，
。
9.根据权利要求1所述的联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法，其特征在于，在步骤S3中，采用Newmark-β法迭代求解模态涡激振动响应实现段塞内流和剪切外流联合激励下海洋立管多模态涡激振动预测。
10.一种联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析系统，其特征在于，应用权利要求1-9任意一项所述联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法，该系统包括：
段塞内流理论模型建立模块（1），用于建立段塞内流理论模型，通过气相和液相流量获得段塞内流沿空间和时间变化的密度参数；
多模态涡激振动模型建立模块（2），用于基于上述段塞内流沿空间和时间变化的密度参数，内外流联合激励下立管非线性振动控制方程；基于同步化方法建立考虑剪切流作用多模态涡激振动模型；
海洋立管多模态涡激振动预测模块（3），用于引入管内段塞内流流动密度变化，再通过有限元方法对虑剪切流作用多模态涡激振动模型进行离散和求解，实现段塞内流和剪切外流联合激励下海洋立管多模态涡激振动预测。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118194633A (zh) * | 2024-03-04 | 2024-06-14 | 西南交通大学 | 一种大跨度悬索桥多模态涡激振动半主动控制方法及系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150123357A (ko) * | 2014-04-24 | 2015-11-04 | 포항공과대학교 산학협력단 | 노후화된 해양 파이프 라인 및 라이저 구조물의 굽힘 및 좌굴붕괴를 야기하는 구조물 팽창량 예측 방법 |
| CN113657050A (zh) * | 2021-08-18 | 2021-11-16 | 中国海洋石油集团有限公司 | 一种考虑段塞气泡和多参数影响的临界携砂流速计算方法 |
| CN114662321A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-06-24 | 哈尔滨工业大学（威海） | 参激与涡激耦合作用下海洋立管振动响应模型建立及预报方法 |
| CN115544918A (zh) * | 2022-10-21 | 2022-12-30 | 西南石油大学 | 内外流耦合作用下的开采立管涡激振动特性分析方法 |
| CN116070548A (zh) * | 2023-03-06 | 2023-05-05 | 中国石油大学(华东) | 一种深水立管涡激振动分析方法、系统、模型及设备 |
| CN116861749A (zh) * | 2023-07-18 | 2023-10-10 | 重庆大学 | 变长度轴向移动弦线系统带复杂边界条件的时变有限元分析方法 |
-
2023
- 2023-10-30 CN CN202311412407.0A patent/CN117150971B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150123357A (ko) * | 2014-04-24 | 2015-11-04 | 포항공과대학교 산학협력단 | 노후화된 해양 파이프 라인 및 라이저 구조물의 굽힘 및 좌굴붕괴를 야기하는 구조물 팽창량 예측 방법 |
| CN113657050A (zh) * | 2021-08-18 | 2021-11-16 | 中国海洋石油集团有限公司 | 一种考虑段塞气泡和多参数影响的临界携砂流速计算方法 |
| CN114662321A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-06-24 | 哈尔滨工业大学（威海） | 参激与涡激耦合作用下海洋立管振动响应模型建立及预报方法 |
| CN115544918A (zh) * | 2022-10-21 | 2022-12-30 | 西南石油大学 | 内外流耦合作用下的开采立管涡激振动特性分析方法 |
| CN116070548A (zh) * | 2023-03-06 | 2023-05-05 | 中国石油大学(华东) | 一种深水立管涡激振动分析方法、系统、模型及设备 |
| CN116861749A (zh) * | 2023-07-18 | 2023-10-10 | 重庆大学 | 变长度轴向移动弦线系统带复杂边界条件的时变有限元分析方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| JOSEPH ARTHUR MELÉNDEZ VÁSQUEZ .ETAL: "A parametric analysis of the influence of the internal slug flow on the dynamic response of flexible marine risers", OCEAN ENGINEERING, vol. 174, pages 171 - 174 * |
| WEIXING LIANG .ETAL: "Numerical simulation of vortex-induced vibration of a marine riser with a multiphase internal flow considering hydrate phase transition", OCEAN ENGINEERING, vol. 216, pages 5 - 8 * |
| 谢武德: "顶张力立管外流涡激-内流密度变化的动力特性研究_谢武德", 中国博士学位论文全文数据库 (基础科学辑), no. 01, pages 010 - 79 * |
| 高光海 等: "深海顶张力立管涡激振动响应及参数影响", 船舶工程, no. 02 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118194633A (zh) * | 2024-03-04 | 2024-06-14 | 西南交通大学 | 一种大跨度悬索桥多模态涡激振动半主动控制方法及系统 |
| CN118194633B (zh) * | 2024-03-04 | 2024-08-23 | 西南交通大学 | 一种大跨度悬索桥多模态涡激振动半主动控制方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117150971B (zh) | 2024-01-26 |
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