[发明专利]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

权利要求书

1.参激与涡激耦合作用下海洋立管振动响应模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

将柔性的海洋立管记为柔性立管，柔性立管圆柱体两端采用铰接边界条件，取坐标原点O为圆柱体的下端，x方向为顺流方向，z方向为铅直方向，y方向则是横向振动方向，x,y以及z三个方向形成右手直角坐标系；

建立柔性立管的振动方程：

其中，y表示横向振动位移，t表示时间，z表示轴向坐标；EI为柔性立管的弯曲刚度；r_s和r_f分别表示结构阻尼系数以及流体阻尼系数；m_total为单位长度的振动系统质量；Θ(z,t)为柔性立管上受到的张力；p(z,t)为单位长度立管上受到的升力；

所述柔性立管上受到的张力如下：

Θ(z,t)＝T_top-LW_r+zW_r+kacos(ω_et)

其中，T_top为立管顶张力；L为立管长度；k为刚度补偿系数；W_r为浸没重量，即湿重；

所述单位长度立管上受到的升力如下：

C_L(z,t)＝C_L0·q(z,t)/2；

其中，C_L(z,t)为升力系数；U(z)表示为任意位置海洋来流速度；D为立管外径；C_L0为静止圆柱的升力系数；q(z,t)表示圆柱体z处在y方向的尾流振子的运动；

采用改进的Van der Pol方程来满足尾流振子的非线性特性，尾流振子方程表达式如下：

其中，A、ε为经验参数；Ω_f为局部漩涡脱落频率。

2.根据权利要求1所述的参激与涡激耦合作用下海洋立管振动响应模型建立方法，其特征在于，所述的流体阻尼系数r_f＝γΩ_fρD²；

其中，Ω_f为局部漩涡脱落频率，γ为粘滞力系数，ρ立管外部流体密度。

3.根据权利要求2所述的参激与涡激耦合作用下海洋立管振动响应模型建立方法，其特征在于，所述局部漩涡脱落频率Ω_f＝2πStU(z)/D；

其中，U(z)是外部流体的速度沿立管轴向的函数，St为斯脱哈尔数。

4.根据权利要求3所述的参激与涡激耦合作用下海洋立管振动响应模型建立方法，其特征在于，所述粘滞力系数

其中，为平均拖曳力系数。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的参激与涡激耦合作用下海洋立管振动响应模型建立方法，其特征在于，所述单位长度的振动系统质量如下：

其中，ρ_s、ρ_f、ρ_w分别为柔性立管材料密度、立管内部流体密度、立管外部流体密度；D为立管外径，d为立管内径；C_M为附加质量系数。

6.根据权利要求5所述的参激与涡激耦合作用下海洋立管振动响应模型建立方法，其特征在于，所述立管顶张力T_top＝f_top W_r L；

其中，f_top为顶张力系数。

7.根据权利要求6所述的参激与涡激耦合作用下海洋立管振动响应模型建立方法，其特征在于，所述的刚度补偿系数k＝L W_r/a_c；

其中，a_c为系统补偿系数所定义临界赋值。

8.根据权利要求7所述的参激与涡激耦合作用下海洋立管振动响应模型建立方法，其特征在于，所述浸没重量

其中，g为重力加速度。