考虑大位移流固耦合的深水立管涡激振动研究

涡激振动是引起深水立管失效的主要因素之一，它包括涡激升力引起的横向振动和涡致脉动阻力引起的顺流向振动。但目前的涡激振动分析方法主要是基于尾流振子模型的横向涡激振动分析，也没有考虑浮式平台运动引起的参数振动对涡激振动的影响。本项目拟从深水立管两自由度涡激振动入手，基于流固耦合和辐射折射理论，研究横向流固耦合对涡激升力和阻力的影响，建立考虑横向流固耦合的涡激升力和阻力的时域模型；研究顺流向和横向涡激振动耦合关系随约化速度的变化规律，建立不同约化速度范围的顺流向和横向涡激振动耦合关系模型；研究大位移条件下的涡激振动横向流固耦合模拟方法，建立大位移条件下的涡激振动横向流固耦合模型；研究时变张力对参数振动和涡激振动的影响、研究参数振动对涡激振动的影响及其参数振动与涡激振动的耦合振动特性、研究时变张力条件下的参数振动与涡激振动耦合振动分析方法，建立考虑频率时变特性的深水立管参激与涡激耦合振动分析模型。

本项目是在我国深水油气开发装备十一五研究的基础上，也是在项目负责人经过近十年研究成果的基础上提出来的，主要研究深水顶张式立管等大柔性结构物和浮式平台等弹性支撑的刚性结构物在浪流荷载的作用下发生弯曲振动和涡激运动分析方法，如顶张式立管和浮式平台的大位移流固耦合问题、大位移条件下的结构动力性能以及流体荷载在结构大位移条件下的扰动与波动。经过四年的研究，取得了一些重要研究成果。提出了考虑大位移流固耦合的涡激升力和脉动拖曳力时域模型，建立了大位移流固耦合的海洋工程涡激振动和涡激运动分析方法；提出了考虑转动效应的顶张式立管弯曲振动动力学模型，建立了深水顶张式立管大变形条件下的涡激振动非线性分析方法；提出了深水顶张式立管参激和涡激耦合振动分析模型，建立了深水顶张式立管参激和涡激荷载共同作用下的横向振动分析方法；提出了串列尾流立管涡激升力和脉动拖曳力时域模型，建立了尾流立管尾涡振动的分析方法；提出了基于雷诺数相似的圆柱体涡激振动相似性试验方法和深水立管尾流振动试验方法及装置。获国家发明专利22项，发表论文33篇，其中，SCI收录6篇、EI收录15篇。