李洪春,郭海燕,李效民

(中国海洋大学工程学院,山东青岛266100)

基于MA TLAB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)

基于MATLAB开发海洋立管涡激振动数值模拟系统NSVIV 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。

MATLAB;图形用户界面;海洋立管;涡激振动;数值模拟

立管是海面作业平台与海底井口间的主要连接件,是海洋油气开发的重要设施。立管运行期间受力复杂,当波浪或海流流经立管时,在一定的流速条件下,可在立管两侧交替形成旋涡,当旋涡脱落频率与立管固有频率接近时,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,并开展了相关理论和实验研究。……