高 云, 付世晓, 熊友明, 杨家栋, 王盟浩

(1.西南石油大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室, 成都 610500;2. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室, 上海 200240)



剪切来流下柔性圆柱体涡激振动响应试验研究

高 云1, 2, 付世晓2, 熊友明1, 杨家栋1, 王盟浩1

(1.西南石油大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室, 成都 610500;2. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室, 上海 200240)

应用模型试验的方法，深入地研究了柔性圆柱体在剪切来流下的涡激振动响应。试验过程中通过旋转臂架从而形成相对剪切来流。通过测试得到的应变数据，基于模态叠加法得到圆柱体的涡激振动位移响应。研究结果表明：当折合速度较小时，响应频率会全程参加涡激振动；随着折合速度的上升，响应频率则会间歇性地参加涡激振动。涡激振动响应在横流方向仅存在一个锁定区域，而在顺流方向则存在两个锁定区域，其中第一个锁定区域与横流方向吻合。

剪切来流；柔性圆柱体；涡激振动；驻波；行波；锁定区域

圆柱体在一定的来流下，会在其两侧形成交替的漩涡，漩涡脱落会产生周期性的横向(Cross-Flow, CF)升力以及流向(In-Line, IL)拖曳力。若圆柱体为弹性支撑，周期性的升力以及拖曳力会引起圆柱体横向以及流向发生振动，称之为涡激振动(Vortex-Induced Vibration, VIV)[1]。为了揭示涡激振动的机理特性，康庄等[2-10]对小细长比(小于100)刚性圆柱体的涡激振动响应进行了研究。随着海洋油气开发逐步向深海以及极深海水域发展，大细长比柔性立管逐渐在深水工程中出现，而大细长比柔性立管涡激振动所表现出的细长柔性圆柱体特性与刚性圆柱体特性有着本质的区别。……