亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        邊界和長度對管節(jié)點(diǎn)附加水質(zhì)量的影響

        2007-06-01 12:30:31姬廣令于國友
        船海工程 2007年2期
        關(guān)鍵詞:邊界流體構(gòu)件

        姬廣令 于國友

        天津大學(xué)建工學(xué)院 天津300072

        邊界和長度對管節(jié)點(diǎn)附加水質(zhì)量的影響

        姬廣令 于國友

        天津大學(xué)建工學(xué)院 天津300072

        運(yùn)用三維邊界元方法,通過數(shù)值計(jì)算,證明在一定條件下流體邊界、構(gòu)件長度對管節(jié)點(diǎn)附加水質(zhì)量均存在較大影響,以方形和圓形構(gòu)件為例,分析構(gòu)件附加水質(zhì)量受這些因素影響的變化規(guī)律。

        附加水質(zhì)量 邊界元 管節(jié)點(diǎn)

        結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性除受其剛度影響外,與其質(zhì)量也存在著很大關(guān)系[1]。所以,準(zhǔn)確地計(jì)算附加水質(zhì)量對于分析構(gòu)件在水中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律具有重要意義。理論推導(dǎo)只能給出無限流場內(nèi)無限長孤立柱體的附加水質(zhì)量[2],而實(shí)際生活中的流體及位于其中的構(gòu)件均存在邊界和其它構(gòu)件的影響。

        導(dǎo)管架平臺(tái)早已被廣泛應(yīng)用于海洋工程中,其所受波浪力歷來受到人們的重視。但目前廣泛應(yīng)用的仍然是僅適用于孤立柱體的Morison公式。由于交叉管線間的相互影響,此公式直接應(yīng)用到管節(jié)點(diǎn)處肯定會(huì)造成較大誤差,且導(dǎo)管架中為數(shù)眾多的管節(jié)點(diǎn)的綜合作用必將對其波浪力計(jì)算產(chǎn)生不可忽視的影響。然而,到目前為止管節(jié)點(diǎn)所受波浪力計(jì)算方法研究尚未受到應(yīng)有的重視,但這并不說明其影響不重要。雖然有些學(xué)者建議將導(dǎo)管架所包圍流體作為一個(gè)整體來考慮,但未給出具體計(jì)算方法。以一邊長10.00 m正方形平面桁架(導(dǎo)管架)為例。如所有管徑均為0.60 m,且僅在四個(gè)角點(diǎn)處存在管節(jié)點(diǎn)并有一根斜撐以保持穩(wěn)定性[3],則受3.5倍管徑(2.10 m)內(nèi)其它管線影響的管件總長度為23.76 m,占管件總長54.10 m的43.92%。如在最上面管件再設(shè)一管節(jié)點(diǎn)(將一根斜撐換成兩根較短斜撐)以加強(qiáng)強(qiáng)度,則受3.5倍管徑內(nèi)其它管線影響的管件總長度為38.81 m,占管線總長62.40 m的62.20%。從中可見管節(jié)點(diǎn)影響的重要性。所以非常有必要總結(jié)出一套計(jì)算管節(jié)點(diǎn)所受波浪力的經(jīng)驗(yàn)公式,至少是計(jì)算管節(jié)點(diǎn)水動(dòng)力系數(shù)的公式。

        波浪力中的群柱效應(yīng)早已引起人們的注意[4-5]。經(jīng)對兩個(gè)順流方向前后布置的圓柱的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)兩圓柱中心距小于3.5倍圓柱直徑時(shí)曳力系數(shù)較單柱時(shí)有較大差異[5]。Chakrabaki等人分別將2個(gè)、3個(gè)和5個(gè)柱體矗立在波浪水槽中,排成一列進(jìn)行試驗(yàn)[6]。結(jié)果表明,當(dāng)相對間隙(柱間距/柱徑)小于1.3時(shí),慣性系數(shù)和曳力系數(shù)增加驚人。五柱排列時(shí),相對間隙從1.3變到

        1.1,阻力系數(shù)將加倍。

        總之,復(fù)雜結(jié)構(gòu)附加水質(zhì)量的計(jì)算方法與簡單構(gòu)件常常存在較大差別,應(yīng)該引起理論界與工程界的普遍重視。

        1 數(shù)值方法

        1.1 數(shù)值模型

        假設(shè)流體為勢流,采用邊界元法求解[7]。對于三維位勢問題,控制方程為Laplace方程

        對于任一點(diǎn)q,相應(yīng)的邊界積分方程可寫成

        對于三維問題,式(2)的基本解為

        式中:r——作用點(diǎn)p至觀測點(diǎn)q之間的距離函數(shù)。

        α的取值與邊界光滑度有關(guān),一般可用剛體位移等方法間接求解[8]。

        為簡化起見,離散化的方程(2)可以改寫成

        式(4)經(jīng)整理后可用矩陣形式表示為

        根據(jù)邊界條件整理,將上式中的已知項(xiàng)移到方程的右邊而將未知項(xiàng)移到方程的左邊,可得

        求解方程(6)即可得出邊界上的未知量。

        1.2 邊界條件

        為了簡化起見,未考慮由于波動(dòng)而引起的水面變化,即水面將始終保持水平,所以水表面處伯努利方程可寫成

        為了擺脫速度的非線性項(xiàng)的影響,僅考慮初始時(shí)刻,即水表面v=0,且認(rèn)為附加水質(zhì)量與水的速度大小無關(guān)。則由方程(7),水表面的邊界條件可寫成

        由于本文僅研究由于水的加速度而產(chǎn)生的附加水質(zhì)量,且認(rèn)為構(gòu)件尺寸與海水深度相比很小,所以選取離構(gòu)件足夠遠(yuǎn)處水域的邊界條件為

        海底的邊界條件為

        1.3 數(shù)值處理

        由于邊界條件均與速度勢對時(shí)間的導(dǎo)數(shù)有關(guān),所以需要將方程(5)和(6)對時(shí)間求導(dǎo)。

        式中:{Y},{T}——{X}和{F}對時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。

        將方程(13)沿構(gòu)件表面積分可得水體對構(gòu)件的作用力

        此力與構(gòu)件作用在水體的力大小相等,方向相反。

        2 實(shí)例分析

        2.1 流體邊界的影響

        以方形和圓形構(gòu)件為例,計(jì)算流體邊界和管節(jié)點(diǎn)對其附加水質(zhì)量的影響。流體計(jì)算區(qū)域及管節(jié)點(diǎn)尺寸見圖1。

        圖1 流體計(jì)算區(qū)域及管節(jié)點(diǎn)尺寸

        計(jì)算區(qū)域?yàn)?0.00 m的立方體,即選水深40.00 m的正方體區(qū)域。方形構(gòu)件邊長均為1.00 m,圓形構(gòu)件直徑都為1.00 m,交叉構(gòu)件為兩個(gè)構(gòu)件正交的倒T形,水平構(gòu)件長9.00 m,豎向柱體高4.00 m。構(gòu)件在y軸負(fù)方向作勻加速直線運(yùn)動(dòng),加速度a=1.00 m/s2,在z軸方向d從1.00 m開始變化,到34.00 m。計(jì)算時(shí)采用邊界元方法,選擇八節(jié)點(diǎn)等參元,流體外邊界單元邊長為40.00 m,共600個(gè)單元;方形管節(jié)點(diǎn)構(gòu)件內(nèi)邊界單元邊長0.25 m,共864個(gè)單元;圓形管節(jié)點(diǎn)構(gòu)件內(nèi)邊界邊長0.50 m,共995個(gè)單元。構(gòu)件單位附加水質(zhì)量隨d的變化趨勢見圖2。

        管節(jié)點(diǎn)有4.00 m的高度,其d以水面和水平構(gòu)件中心為水深,從5.00 m開始。

        由圖2可看出,構(gòu)件的單位長度平均附加水質(zhì)量在自由面和水底附近變化較快。與理論值相比,水底附近的單位長度附加水質(zhì)量偏高,而自由面附近偏低。在中間位置單位附加水質(zhì)量變化平緩,與理論值較接近。方形構(gòu)件管節(jié)點(diǎn)比圓形構(gòu)件管節(jié)點(diǎn)的單位附加水質(zhì)量要大。

        為了比較管節(jié)點(diǎn)不同構(gòu)件間的相互影響,圖2中同時(shí)給出了方形和圓形水平構(gòu)件單位長度附加水質(zhì)量隨水深的變化趨勢。通過比較可以看出,交叉構(gòu)件中的管節(jié)點(diǎn)各構(gòu)件間的相互影響很大,構(gòu)件的單位長度附加水質(zhì)量比水平構(gòu)件大很多。因此在計(jì)算物體附加水質(zhì)量時(shí),應(yīng)該考慮自由表面或水底及管節(jié)點(diǎn)的影響,尤其是管節(jié)點(diǎn)的影響。

        2.2 構(gòu)件長度變化的影響

        為了分析構(gòu)件長度對其附加水質(zhì)量的影響,將上例中的管節(jié)點(diǎn)分別換成孤立的水平和豎向構(gòu)件。在分析孤立構(gòu)件附加水質(zhì)量的大小時(shí),使構(gòu)件中心始終與分析流體區(qū)域的中心重合,構(gòu)件的長度從1.00 m變化到21.00 m。計(jì)算所得單位長度的附加水質(zhì)量變化見圖3。其中孤立的水平構(gòu)件引起的單位長度平均附加水質(zhì)量隨構(gòu)件長度的變化規(guī)律和大小與孤立的豎向構(gòu)件基本一致。

        圖2 水平構(gòu)件及T-節(jié)點(diǎn)單位長度平均附加水質(zhì)量隨水深的變化趨勢

        圖3 單位長度平均附加水質(zhì)量隨構(gòu)件長度的變化趨勢

        由圖3可以看出,單獨(dú)計(jì)算孤立構(gòu)件時(shí),單位長度平均附加水質(zhì)量隨著長度的增加而增大。當(dāng)構(gòu)件很短時(shí),這種變化尤為明顯。隨著構(gòu)件長度的增大,單位長度平均附加水質(zhì)量趨于常數(shù)。方形構(gòu)件由于邊界效應(yīng)的影響,其變化不如圓形構(gòu)件明顯,長度對圓形構(gòu)件的影響更明顯。

        2.3 管節(jié)點(diǎn)對附加水質(zhì)量的影響

        在例2.1所述模型中保持d=15.00 m及豎向柱體長度4.00 m不變,而使水平構(gòu)件的長度從1.00 m變化到21.00 m,分析此時(shí)引起的管節(jié)點(diǎn)單位長度平均附加水質(zhì)量的變化規(guī)律見圖4。

        圖4 水平構(gòu)件長度對管節(jié)點(diǎn)單位長度平均附加水質(zhì)量的影響

        由圖4可以看出,當(dāng)水平構(gòu)件長度較小時(shí),水平構(gòu)件長度的增大對管節(jié)點(diǎn)單位長度附加水質(zhì)量的影響較大,即使管節(jié)點(diǎn)單位長度附加水質(zhì)量與孤立構(gòu)件的差別增大。而當(dāng)水平構(gòu)件的長度達(dá)到一定值后,其長度的增大對此差別的貢獻(xiàn)逐漸減小,并使此差別最終趨于常量。這說明管節(jié)點(diǎn)的影響僅限于其周圍一定范圍內(nèi),而在此范圍外,其影響可以忽略。管節(jié)點(diǎn)對于圓形構(gòu)件的影響比方形構(gòu)件要大,這是因?yàn)榉叫螛?gòu)件有邊界效應(yīng)的影響,可以抵消一部分管節(jié)點(diǎn)的影響,但是在長度很小的情況下,管節(jié)點(diǎn)的影響也是不能忽略的。總之,管節(jié)點(diǎn)在構(gòu)件長度較小時(shí)對構(gòu)件的附加水質(zhì)量是不可忽略的。

        3 結(jié)束語

        通過算例可以看出在一定條件下流體邊界、構(gòu)件長度對管節(jié)點(diǎn)附加水質(zhì)量具有較大影響。

        1)與理論值相比,水底使附加水質(zhì)量增大,而水面使管節(jié)點(diǎn)附加水質(zhì)量減小。

        2)由于實(shí)際工程中的構(gòu)件均為有限長度的三維構(gòu)件,其附加水質(zhì)量的大小一般均小于基于二維理論分析所得構(gòu)件附加水質(zhì)量值。單位長度平均附加水質(zhì)量隨著長度的增加而增大,且這種變化在構(gòu)件較短時(shí)很明顯。當(dāng)構(gòu)件長度較大時(shí),其附加水質(zhì)量將趨于二維理論分析值。

        3)與單獨(dú)構(gòu)件相比,管節(jié)點(diǎn)使附加水質(zhì)量增大。管節(jié)點(diǎn)的影響在一定范圍較大,而在此范圍外,其影響可以忽略。

        由于本文僅著重于研究附加水質(zhì)量的變化規(guī)律,故選取了40 m的正方體流體模型,不免會(huì)對精度有一定的影響。為了獲得更精確的結(jié)果,建議選取更大流體模型。

        最后,本文未考慮波動(dòng)引起的重力波液面變化造成的影響[9-11],所以其結(jié)果僅適用于小振幅波動(dòng)問題。

        [1]唐友剛.高等結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)[M].天津:天津大學(xué)出版社,2002.

        [2]王家楣,張志宏,馬乾初.流體力學(xué)[M].大連:大連海事大學(xué)出版社,2002.

        [3]李潤培,陳偉剛,顧永寧.近海固定平臺(tái)碰撞的準(zhǔn)靜態(tài)分析[J].海洋工程,1995(2):14-21.

        [4]李玉成,王鳳龍,康海貴.作用于小尺度圓柱上的波浪、水流力[J].海洋工程,1993(3):42-49.

        [5]徐繼組,李維揚(yáng),王克讓.海洋工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析[M].天津:天津大學(xué)出版社,1990.

        [6]李遠(yuǎn)林.近海結(jié)構(gòu)水動(dòng)力學(xué)[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,1999.

        [7]申光憲.邊界元法[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.

        [8]嵇 醒,藏躍龍,程玉民.邊界元法進(jìn)展及通用程序[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1997.

        [9]Grilli S,Svendsen I A.Corner Problems and Global Accuracy in the Boundary Element Solution of Nonlinear Wave Flows[J].Engineering Analysis with Boundary Elements,1990,7(4):178-195.

        [10]Grilli S,Skourup J,Svendsen I A.An Efficient Boundary Element Method for Nonlinear Water Waves[J].Engineering Analysis with Boundary Elements,1989,6(2):97-107.

        [11]Grilli S,Skourup J,Svendsen I A.The Modeling of Highly Nonlinear Water Waves:A step toward a Numerical Wave Tank[C].Southpamton,England:10th Intl.Conf.on Boundary Elements,Berlin:Computational Mechanics Publication.Springer Verlag,1988:549-564.

        Numerical analysis of added mass on the T-joint by 3-dimensional BEM

        JI Guang-ling YU Guo-you
        Department of Ocean Engineering School of Civil Engineering Tianjin University Tianjin 300072

        Through numerical examples by 3-dimensional boundary element method(BEM),it′s proved that the fluid boundary,the member length may also have great effects on the value of the T-joint added mass in many cases.The effects of these factors are analyzed in this paper through examples with square members and circular members.

        added mass boundary element method T-joint

        U661.71

        A

        1671-7953(2007)02-0009-04

        2006-09-08

        修回日期2006-10-29

        姬廣令(1984—),男,碩士生。

        猜你喜歡
        邊界流體構(gòu)件
        流體壓強(qiáng)知多少
        拓展閱讀的邊界
        山雨欲來風(fēng)滿樓之流體壓強(qiáng)與流速
        論中立的幫助行為之可罰邊界
        等效流體體積模量直接反演的流體識別方法
        建筑構(gòu)件
        建筑構(gòu)件
        建筑構(gòu)件
        建筑構(gòu)件
        “偽翻譯”:“翻譯”之邊界行走者
        香蕉久久久久久久av网站| 精品国产一区二区三区男人吃奶 | 久久久久久人妻毛片a片| 成人免费毛片内射美女-百度| 亚洲国产精品中文字幕日韩| 国产精品女同久久久久久| 精品国产一区二区三广区| 精品国产一区二区三区a| 日韩在线观看入口一二三四| 精品人妻午夜一区二区三区四区| 久青草久青草视频在线观看| 中文字幕一区二区三区久久网站| 精品久久久久久无码不卡| 国产精品国产三级国产专区51区| 国产黄污网站在线观看| 少妇性饥渴bbbbb搡bbbb| 国产精品麻豆aⅴ人妻| 91产精品无码无套在线| 国产伪娘人妖在线观看| 国产免费一区二区在线视频| 中文在线中文a| a级毛片免费完整视频| 91免费播放日韩一区二天天综合福利电影| 成人女同av免费观看| 娇小女人被黑人插免费视频| 国产精品无圣光一区二区| 中国精品久久精品三级| 国内精品福利在线视频| 白嫩少妇高潮喷水av| 妺妺窝人体色www在线| 久久精品欧美日韩精品| 国产精品永久免费视频| 欧美国产伦久久久久久久| 国产黄色一区二区三区,| 华人免费网站在线观看| 精品av天堂毛片久久久| 国产精品自产拍在线观看中文| 精品一区二区亚洲一二三区| 草草影院ccyy国产日本欧美 | 免费一级欧美大片久久网| 亚洲精品中文字幕乱码|