顾洪禄，郭海燕，李效民，刘 震，李 朋，王宣淇

（1.中国海洋大学工程学院，山东青岛266100；2.山东科技大学土木工程与建筑学院，山东青岛266590）

0 引 言

脐带缆是浮式生产系统中重要装备之一，主要用于电力的传输和信号的控制[1]。脐带缆在运行期间始终受到海流的作用，在一定流速下，脐带缆两侧形成交替的漩涡，漩涡脱落会引起脐带缆结构产生周期性的振动，称为涡激振动。当漩涡脱落频率接近脐带缆固有频率时，脐带缆振动会加剧[2]。这不仅会导致脐带缆的疲劳破坏，还会引起脐带缆内部光纤发生破坏，导致通信中断，严重威胁整个油气的安全生产。因此，研究脐带缆的涡激振动现象在工程实践中有着很重要的意义。

涡激振动的预报模型主要分为CFD 模型和经验模型两大类。CFD 模型由于计算量较大，还难以直接应用到实际的海洋工程问题中，因此，脐带缆涡激振动的数值模拟目前仍主要依赖于经验模型[3]。在现有的经验模型中最具有代表性的分析软件当属Shear7[4]。Shear7 基于结构小变形假设和大量试验获得的涡激力模型预测结构的涡激振动响应，用Shear7 计算钢悬链线脐带缆的涡激振动响应没有考虑悬链线结构的大变形特性，Shear7所预报的横向涡激振动响应比试验数值偏大5%左右[5-6]。目前基于柔性杆理论以及尾流振子模型进行软件的开发尚未见有报道。

本文基于柔性杆理论和Facchinetti[7]推荐的尾流振子模型开发了脐带缆涡激振动数值模拟系统UCVIV-1.0，充分考虑了柔性管缆大变形、大转角的结构几何非线性以及结构与外部流体的线性耦合项，可以直接求解脐带缆在任意剖面形式下海流作用下的涡激振动响应，相比于Shear7等软件更接近于工程实际。……