深海立管顺流与横流耦合涡激振动中的内流效应分析

作者：赵桂欣; 孟帅^*; 车驰东; 赵创业; 张文龙

来源：振动与冲击, 2023, 42(19): 7-13.

DOI：10.13465/j.cnki.jvs.2023.19.002

• 内流效应(IFE)
• 横流向(CF)
• 涡激振动(VIV)
• 主导模态转移
• 顺流向静态位移
• 顺流向振动响应

深海立管因长径比大幅增加导致柔性增强、内流效应凸显，其在顺流和横流耦合涡激振动中的内流效应尚未得到很好理解。采用半经验时域涡激振动水动力模型，建立深海立管在均匀洋流下的横向和纵向耦合振动方程，并利用有限元法求解，探究不同内流速度、内流密度和洋流下立管在顺流和横流耦合涡激振动中的内流效应。研究发现，当洋流速度和内流密度一定时：(1)内流效应可使系统固有频率降低，因此随着内流速度增加，顺流和横流涡激主导频率可能脱离激励区，主导模态转移到高阶，同时主导频率发生阶跃增加；(2)立管横向位移均方根最大值是增加还是减少取决于横向涡激主导频率是接近还是远离涡脱频率；(3)当横流向涡激振动主导模态不变时，由于内流效应可以降低系统刚度，顺流向的静态位移随着内流速度的增加而逐步增加，当横流向主导模态转移至高阶时，顺流向的拖曳力系数会发生突然减少导致静态位移呈现阶跃性下降；(4)内流效应对顺流向振动有着不可忽略的影响。立管顺流向振动响应是内流效应、拖曳力(受横流向涡激响应影响)和顺流向涡激流体力联合作用的结果。

• 单位
  上海交通大学; 海洋工程国家重点实验室