柔性管涡激振动的模型实验及数值模拟研究
| 摘要 | 第1-8页 |
| Abstract | 第8-16页 |
| 1 前言 | 第16-32页 |
| ·选题背景 | 第16-23页 |
| ·深海CO_2 掩埋的需求 | 第16-17页 |
| ·深海石油开发的需求 | 第17-19页 |
| ·涡激振动研究的必要性 | 第19-23页 |
| ·国内外研究的历史及现状 | 第23-27页 |
| ·振动信号分析方法研究现状 | 第23-24页 |
| ·涡激振动的理论研究 | 第24-25页 |
| ·涡激振动的实验研究 | 第25-26页 |
| ·涡激振动的数值模拟 | 第26-27页 |
| ·本人完成的工作 | 第27-32页 |
| ·涡激振动基础研究综合 | 第27-28页 |
| ·振动信号分解、分析方法改进 | 第28-29页 |
| ·涡激振动物理模型实验 | 第29页 |
| ·数值模拟仿真 | 第29-32页 |
| 2. 涡激振动基础知识 | 第32-53页 |
| ·旋涡发放机理 | 第32-34页 |
| ·涡激振动相关常识、参数 | 第34-41页 |
| ·涡激升力与阻力 | 第34-35页 |
| ·泻涡脱落形态与雷诺数的关系 | 第35-36页 |
| ·泻涡发放相关参数 | 第36-37页 |
| ·耦合运动相关参数 | 第37-41页 |
| ·自激振动 | 第41-46页 |
| ·自激系统线性化运动方程 | 第42-43页 |
| ·自激振动的响应特性 | 第43-46页 |
| ·受迫振动 | 第46-47页 |
| ·“锁振（Lock-in）” | 第47-49页 |
| ·泻涡发放形态 | 第49-52页 |
| ·本章小结 | 第52-53页 |
| 3. 瞬时频率—能量信号分析方法 | 第53-67页 |
| ·傅立叶变换法 | 第53-55页 |
| ·小波变换法 | 第55-56页 |
| ·Hilbert-Huang 信号分解方法 | 第56-57页 |
| ·基于带通滤波原理的信号分解方法 | 第57-66页 |
| ·希尔伯特变换 | 第58-60页 |
| ·带通滤波方法与希尔伯特变换的结合 | 第60-63页 |
| ·FEMD 信号分解方法 | 第63-66页 |
| ·本章小结 | 第66-67页 |
| 4. 涡激振动信号分析方法的改进 | 第67-95页 |
| ·非模态项的分解 | 第68-86页 |
| ·信号的非线性和非平稳性 | 第68-70页 |
| ·瞬时位移、振幅的均方根值 | 第70-71页 |
| ·傅立叶能量谱分析的缺陷 | 第71-75页 |
| ·非模态项的定义 | 第75-76页 |
| ·分解标准的选定 | 第76-79页 |
| ·有限时间窗函数的确定 | 第79-82页 |
| ·“最大特征时间窗”函数 | 第82-85页 |
| ·非模态项的分解步骤 | 第85-86页 |
| ·改进的基于带通滤波的信号分解方法 | 第86-91页 |
| ·3D 瞬时频率—能量分析的意义 | 第87-88页 |
| ·固有模态函数定义的不足 | 第88-90页 |
| ·固有模态函数的再定义 | 第90-91页 |
| ·改进的基于带通滤波技术的模态分解方法 | 第91-93页 |
| ·本章小结 | 第93-95页 |
| 5 涡激振动物理模型实验 | 第95-107页 |
| ·实验目的 | 第95-96页 |
| ·自激振动实验目的 | 第95页 |
| ·受迫振动实验目的 | 第95-96页 |
| ·实验设备 | 第96-101页 |
| ·实验水槽及机械设备 | 第96-97页 |
| ·应变测量仪器、传感器 | 第97-100页 |
| ·大跨度弹性管系统 | 第100页 |
| ·小跨度弹性管系统 | 第100-101页 |
| ·实验方案 | 第101-107页 |
| ·大跨度柔性管实验预准备 | 第101-102页 |
| ·大跨度柔性管自由振动实验方案 | 第102-105页 |
| ·小跨度柔性管受迫振动实验方案 | 第105-107页 |
| 6 物理模型实验结果的瞬时频率-能量分析 | 第107-129页 |
| ·实验数据处理方法 | 第107-109页 |
| ·涡激振动模态分析 | 第109-111页 |
| ·涡激振动瞬时频率-能量分析 | 第111-124页 |
| ·涡激振动瞬时频率—能量分析必要性 | 第111-113页 |
| ·新瞬时频率-能量分析方法在涡激振动中的应用 | 第113-124页 |
| ·实验结果分析 | 第124-128页 |
| ·本章小结 | 第128-129页 |
| 7 数值模拟方法 | 第129-145页 |
| ·雷诺平均N-S 方程 | 第129-131页 |
| ·湍流模型 | 第131-139页 |
| ·直接数值模拟(DNS) | 第131-132页 |
| ·雷诺时均法(RANS) | 第132-134页 |
| ·非定常雷诺时均法(URANS)和其它湍流模型 | 第134页 |
| ·大涡模拟(LES) | 第134-139页 |
| ·数值求解及离散方法 | 第139-142页 |
| ·有限体积法 | 第140页 |
| ·数值离散格式 | 第140-142页 |
| ·运动、变形的数值方法 | 第142-144页 |
| ·运动、变形解决方案 | 第142-143页 |
| ·动网格方法 | 第143-144页 |
| ·本章小结 | 第144-145页 |
| 8 流固耦合的数值模拟 | 第145-159页 |
| ·流固耦合计算模式 | 第145-150页 |
| ·流固耦合简介 | 第145-146页 |
| ·流固耦合求解方式 | 第146-149页 |
| ·交界面网格匹配 | 第149-150页 |
| ·细长管系统计算模式 | 第150-152页 |
| ·细长管系统响应 | 第150-151页 |
| ·结构有限元模型 | 第151-152页 |
| ·细长立管的涡激振动力求解 | 第152-154页 |
| ·离散涡方法 | 第152-153页 |
| ·尾流振子半经验模型 | 第153-154页 |
| ·时域方法 | 第154页 |
| ·CFX 数值计算的可行性 | 第154-158页 |
| ·流体计算可靠性 | 第154-155页 |
| ·流固耦合计算 | 第155-157页 |
| ·涡激振动计算改进 | 第157-158页 |
| ·本章小结 | 第158-159页 |
| 9 细长弹性管自激振动的数值模拟 | 第159-191页 |
| ·概述 | 第159-160页 |
| ·数值水槽的构建 | 第160-162页 |
| ·数值计算合理化设定 | 第161-162页 |
| ·边界条件设定 | 第162页 |
| ·网格的划分 | 第162-169页 |
| ·网格拓扑结构 | 第163-166页 |
| ·网格敏感性分析 | 第166-167页 |
| ·网格大变形解决方案 | 第167-169页 |
| ·湍流模型的选择 | 第169-170页 |
| ·涡激共振频率分析 | 第170-178页 |
| ·本征振动模态及频率 | 第170-171页 |
| ·振动信号预处理 | 第171-172页 |
| ·实验结果对比 | 第172-175页 |
| ·振动模态可视化 | 第175-178页 |
| ·管体变形及泻涡发放形态 | 第178-186页 |
| ·管体局部变形 | 第178-184页 |
| ·泻涡脱落形态 | 第184-186页 |
| ·管内附加流动的先验型数值模拟尝试 | 第186-189页 |
| ·管内流动研究意义 | 第186-187页 |
| ·数值模型建立 | 第187-188页 |
| ·管内流体流动对振动幅值及振动频率的影响 | 第188-189页 |
| ·本章小结 | 第189-191页 |
| 10. 小跨度弹性管的受迫振动的数值模拟 | 第191-216页 |
| ·概述 | 第191-192页 |
| ·数值水槽的构建 | 第192-195页 |
| ·数值模拟方案 | 第192页 |
| ·边界条件设定 | 第192-193页 |
| ·网格拓扑结构 | 第193-195页 |
| ·受迫振动数值模拟 | 第195-196页 |
| ·涡激共振频率分析 | 第196-202页 |
| ·受迫振摇面内本征振动模态及频率 | 第196-199页 |
| ·垂直于受迫振摇面内本征振动模态的可视化 | 第199页 |
| ·垂直于受迫振摇面的本征振动模态及频率 | 第199-202页 |
| ·泻涡发放形态以及涡激管内流动 | 第202-205页 |
| ·速度等势面表征模态 | 第205-207页 |
| ·波—流联合作用的数值模拟尝试 | 第207-214页 |
| ·模型实验的数值模拟拓展 | 第207-208页 |
| ·基本假设和理论公式 | 第208-209页 |
| ·数值模拟实现 | 第209-210页 |
| ·数值模拟结果分析 | 第210-214页 |
| ·本章小结 | 第214-216页 |
| 11. 多弹性管（群）系统的数值模拟尝试 | 第216-233页 |
| ·多弹性管系统研究的必要性 | 第216-218页 |
| ·管体相互碰撞 | 第217-218页 |
| ·WIO 和VIV 强化作用 | 第218页 |
| ·数值水槽的构建 | 第218-221页 |
| ·数值模拟方案 | 第218-220页 |
| ·边界条件设定以及网格拓扑结构 | 第220-221页 |
| ·双管系统的数值模拟 | 第221-228页 |
| ·相邻管体间自由水面形状 | 第223页 |
| ·涡激振动消减和加强 | 第223-226页 |
| ·双管系统的泻涡发放形态 | 第226-228页 |
| ·四管系统的数值模拟 | 第228-231页 |
| ·本章小结 | 第231-233页 |
| 12. 全文总结与研究展望 | 第233-237页 |
| ·全文结论 | 第233-235页 |
| ·本文创新点 | 第235-236页 |
| ·研究展望 | 第236-237页 |
| 参考文献 | 第237-241页 |
| 致谢 | 第241-243页 |
| 个人简历 | 第243页 |
| 在学期间参加的研究项目 | 第243页 |
| 在学期间所获奖励 | 第243-244页 |
| 博士在读期间发表论文列表 | 第244-245页 |
