(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111525841.0 (22)申请日 2021.12.14 (71)申请人 中国海洋大学 地址 266000 山东省青岛市崂山区松岭路 238号 (72)发明人 宋虹　黄维平　 (74)专利代理 机构 北京中北知识产权代理有限 公司 11253 代理人 杨亚洁 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种考虑尾流干涉的立管两自由度涡激振 动响应预测方法 (57)摘要 本发明涉及海洋深水立管的研究方法， 具体 涉及一种考虑尾流干涉的立管两自由度涡激振 动响应预测方法。 本发明同时考虑约化速度和间 距的影响， 通过对立管涡激振动两自由度有限元 方程中的荷载项进行修正， 并采用Newmark ‑β法 计算时域的尾流立管两自由度 涡激振动响应， 从 而建立了一个同时考虑约化速度和间距影响的 两自由度尾流立管的流固耦合时域涡激振动响 应计算方法， 对尾流立管的两自由度振动响应幅 值、 频率以及顺流向平衡位置的计算更加准确， 为尾流立管的涡激振动与疲劳设计分析提供了 时域分析的途径和依据。 权利要求书6页 说明书15页 附图3页 CN 114201901 A 2022.03.18 CN 114201901 A 1.一种考虑尾流干涉的立管两自由度涡激振动响应预测方法， 其特征在于， 所述方法 基于下述 立管涡激振动有限元 方程： 式中： M——尾流立管的质量矩阵； K——尾流立管的刚度矩阵； C——尾流立管的阻尼矩阵； x——尾流立管的顺 流向位移向量； ——尾流立管的顺 流向速度向量； ——尾流立管的顺 流向加速度向量； y——尾流立管的横流向位移向量； ——尾流立管的横流向速度向量； ——尾流立管的横流向加速度向量； Fx′——考虑尾流干涉的尾流 立管的顺 流向荷载向量； Fy′——考虑尾流干涉的尾流 立管的横流向荷载向量； 考虑尾流干涉的尾流 立管的顺 流向荷载向量计算基于下述涡激拖曳力模型： 式中： CD——拖曳力系数； CD′——脉动拖曳力系数； Cm——附加质量系数； ρ ——流体密度； λ——上下游立管轴线之间的距离L与直径之比T/D； Vr——约化速度； D——尾流立管直径； U——流速； ——尾流立管的顺 流向速度向量； ——尾流立管顺流向振动频率： 其中： fn为尾流立管固有频率； t——时间； ——尾流立管的顺 流向加速度向量； 其中， ax( λ,Vr)为立管间距和约化速度对尾流圆柱体顺流向荷载幅值的影响， b( λ,Vr) 为立管间距和约 化速度对尾流圆柱体顺流向荷载均值的影响， fx( λ,Vr)为立管间距和约 化权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 114201901 A 2速度对尾流圆柱体 顺流向荷载频率的影响， 在不同的立 管间距和约化速度区间， ax( λ,Vr)、 b ( λ,Vr)和fx( λ,Vr)取值不同： 当2.35≤Vr≤5.18时 b( λ,V)＝ ‑0.05649 λ0.01257Vr3+7.796×10‑4( λ +840.8)Vr2‑2.296Vr+2.64   (6) fx( λ,Vr)＝0.4Vr  (7) 当5.18＜Vr≤9.41时 Vrc＝190.5 λ‑2.155+5.075  (11) 当9.41＜Vr≤12.59时 fx( λ,Vr)＝2.086 λ0.0256(Vr‑9.042)0.0583+0.13144  (14) 考虑尾流干涉的尾流 立管的横流向荷载向量计算基于下述涡激 升力模型： 式中： CL——升力系数； ——尾流立管横流向振动速度向量； ——尾流立管涡旋泄放频率： 其中： fn为尾流立管固有频率； ——尾流立管横流向振动加速度向量； 其中， a( λ,Vr)是在不同约化速度和间距下上游立管涡街对横流向荷载幅值的影响， f权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 114201901 A 3