金属材料与复合材料海洋立管的三维CFD涡激振动模拟

王春光，马银行，孙明钰，张 璐，王有镗

(1.山东理工大学 建筑工程学院，山东 淄博 255049；2.长安大学 公路学院，陕西 西安 710064)

金属材料与复合材料海洋立管的三维CFD涡激振动模拟

王春光1，马银行1，孙明钰2，张 璐1，王有镗1

(1.山东理工大学 建筑工程学院，山东 淄博 255049；2.长安大学 公路学院，陕西 西安 710064)

研究了流固耦合作用下，传统金属海洋立管与复合材料海洋立管的涡激振动特性，并对比了雷诺数Re=7 500时，两种海洋立管的动力响应. 利用ANSYS-Transient模块，采用等效模量法构建两种海洋立管模型；利用Fluent模块建立流体场模型，并通过system-coupling模块实现立管和流体场的流固耦合作用. 由于两种海洋立管的外径、支撑条件、雷诺数等相同，所以它们的尾涡云图，速度矢量图及升阻力系数特性基本相同. 但由于两种海洋立管的材料属性，顶张力等不同，它们的动力特性明显不同.相同流场条件下，复合材料海洋立管具有更大的变形及更小的应力响应.

水下管道；涡激振动；复合材料海洋立管；流固耦合；计算流体力学

海洋立管是海洋资源开发中不可或缺的海洋结构. 由于传统金属立管的较大密度，随着水深的增加，立管自重显著增加，使其对顶张力的要求不断增加，从而需要更大的海洋平台或减少所连接立管的数量. 因此，金属海洋立管的自重成为限制深水海洋资源开发的一个重要因素. 由于纤维复合材料具有极佳的机械性能和较低密度，复合材料海洋立管将在很大程度上降低自重……