姚兴隆， 黄维平， 常 爽， 刘 娟， 付雪鹏

(1. 中国海洋大学 山东省海洋工程重点实验室， 青岛 266071； 2. 青岛农业大学 建筑工程学院， 青岛 266009)

近年来，随着油气资源开发逐步向深海发展，涌现出许多新型的生产设备和新兴技术以适应恶劣的深海环境条件。钢悬链式立管(Steel Catenary Risers, SCRs)以其独具的优势，成为了浮式生产系统油气输送立管的首选[1]。自世界上第一条钢悬链式立管安装并投入使用以来，SCRs已发展二十多年，取得了大量的研究成果，如Nordgre建立了细杆模型模拟钢悬链式立管的大变形[2]；Burke[3]用梁模拟立管，研究了激振频率对SCR响应的影响；Fan等[4]通过实验研究了流速以及海床对钢悬链式立管涡激振动的影响；刘娟等[5]提出了钢悬链式立管非锁定区的两向涡激振动模型，研究了立管涡激振动特性。

以上学者对钢悬链式立管进行了有价值的研究，但是，目前国内外对于钢悬链式立管的研究大多仅考虑立管的弹性振动，忽略了立管的绕轴转动。刘娟等[6]基于钢悬链式立管悬垂段弯曲曲率大的特点，分析了波浪力与失径所形成的矩对立管动力特性的影响，提出了一种钢悬链式立管动力学模型：波浪力作用下的SCR刚体转动模型，分析了钢悬链式立管的出平面运动响应。该模型仅考虑波浪力，并未考虑海流作用下的立管涡激振动。本文首先基于文献[6]的钢悬链式立管出平面运动理论，提出了一个钢悬链式立管出平面涡激振动模型：深水钢悬链式立管非锁定范围内考虑流固耦合的非线性刚体转动模型，并基于该模型在钢悬链式立管动力分析程序CABLE3D基础上二次开发分析程序，模拟立管的出平面运动，实现了钢悬链式立管刚体转动与涡激振动的耦合。……