文档介绍：第 40 卷
增刊
中国海洋大学学报 40( Su p. ) : 207~ 212

2010 年 10 月
PERIODICAL OF OCEAN UNIVERS ITY OF CHINA Oct. , 2010
*
基于 M AT LAB 的海洋立管涡激振动数值模拟系统研究
李洪春, 郭海燕, 李效民
( 中国海洋大学工程学院, 山东青岛 266100)
摘
要:
基于 M A T L A B 开发海洋立管涡激振动数值模拟系统 NSV IV 1. 0, 系统采用尾流振子模型模拟外流对立管结构
的作用, 考虑内流对立管结构的影响, 对立管的涡激振动动力响应和疲劳寿命进行预测分析。系统界面简洁清晰, 使用方
便, 适用于顶张力立管, 为进一步集成功能齐全的海洋立管设计分析软件打下基础。
关键词:
M A T L A B; 图形用户界面; 海洋立管; 涡激振动; 数值模拟
中图法分类号:
T V312
文献标志码:
A
文章编号:
1672
5174( 2010) 09
207
06

立管是海面作业平台与海底井口间的主要连接见图 1。假定管外海流沿 X 轴正向流动, 管内流体自上
件, 是海洋油气开发的重要设施。立管运行期间受力而下流动。立管将在 YOZ 平面内产生横向涡激振动, 在
复杂, 当波浪或海流流经立管时, 在一定的流速条件 X OZ 平面内产生顺流向振动, 本系统主要研究立管横向
下, 可在立管两侧交替形成旋涡, 当旋涡脱落频率与立的动力响应, 取立管单元 dz 进行分析, 见图 2。
管固有频率接近时, 将使立管强烈振动, 发生锁定!
( lock
in) 现象, 加剧立管的疲劳破坏。因此, 涡激振动
引起的疲劳损伤, 是立管设计中必须考虑的重要因素。
立管涡激振动的数值模拟研究, 主要有 2 种方法[ 1] :
一种是通过求解 Navier
Strokes 方程的计算流体动力学法
(CFD)。另一种是通过实验数据确定流体力参数的半经
验法, 基于此种方法的几种计算模型在海洋工程中得到广
泛的应用, 比较著名的有 MIT 的 Vandiver 教授开发的
SHEAR7[ 2] 、MIT 的 Triantafyllou 教授开发的 VIVA [ 3] 、挪
威的 Larsen 等开发的 VIVANA [4] 等。
内流对立管振动的影响已引起愈来愈多学者的重
视, 郭海燕等[ 5
7] 考虑管内流体和管外海洋环境荷载的
共同作用, 分析立管的静、动力特性, 并开展了相关理
图 1
海洋立管振动示意图
论和实验研究。
Fig . 1
V ibratio n of marine riser
目前国外的涡激振动分析软件未考虑立管内部流
体的作用, 本文开发的海洋立管涡激振动数值模拟系
统∀ NSVIV 1. 0, 考虑内流作用, 采用半经验的尾流振子
模型模拟流体力, 用时程分析法, 求解立管在任意剖面
形式海流作用下的涡激振动响应和疲劳寿命, 计算结果
将更接近工程实际。系统基于常用数学软件 MATLAB
开发, 界面简洁清晰, 使用方便。NSVIV 1. 0 适用于顶
张力立管的分析