海洋深水管桩模型的涡激振动数值模拟研究

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4、ulationontheVortex-inducedVibrationofMarineDeepWaterPipeModelCandidate:ChenYuSupervisor:LiQiangSpeciality:NavalArchitectureandOceanEngineeringDateOfSubmission：December2015摘要摘要随着我国海洋战略的实施，海上道路运输的需求迅猛发展,跨海交通设施的建设要求日益增加，海洋的建设不断涌现。桥梁桩基在架设以及使用的过程中常常会受到涡激振动的影响，随着水深的增加和所处复杂流场的不断变化，涡激振动作用越来越强烈，桥梁深水管桩涡激振动的研究

5、有着极其重要的意义。本文研究的主要内容和成果：（1）本文采用Abaqus软件，在均匀流和流速梯度条件下，利用Co-execution模块进行流固耦合计算，进行圆柱绕流和钢管桩的涡激振动以及桩土相互作用下钢管桩的涡激振动的数值模拟和研究。（2）通过均匀流和梯度流下的圆柱绕流的数值模拟得到：圆柱绕流在层流流态下旋涡周期性生成和脱落，升力和阻力系数稳定在某一个固定的幅值振荡，在紊流流态下尾流转为紊流涡街,升力和阻力系数相对稳定；Strouhal数基本符合以往文献的实验结果，但是在高雷诺数下均出现偏大或者偏小的情况。（3）通过均匀流和梯度流下的钢管桩涡激振动的数值模拟得到：通过升力和阻力系数曲线可以看

6、出，在不同长细比和不同质量比下，相同雷诺数下的升阻力系数有较明显变化，频谱图变化不大，梯度流下的稳定性更好。通过约化速度与共振效应的关系曲线可以发现，低质量比下，涡激振动发生后，约化速度与两自由度无量纲振幅的曲线中存在更多的分支，梯度流条件下此曲线与均匀流相比变化幅值和波动性都较小，Ax分支更少，Ay的变化规律更加统一。梯度流条件下的约化速度与频率比的曲线与均匀流相比锁频所需约化速度更小，通过此曲线可以发现质量比越大，达到锁频的所需要的约化速度可能越大。（4）梯度流及桩土相互作用下的钢管桩的涡激振动与梯度流下的钢管桩涡激振动相比，各雷诺数下升力阻力系数更加稳定，约化速度与共振效应更加规律。但是

7、涡街发放程度减弱，说明土对钢管桩的振动有一定的抑制作用。关键词：涡激振动;桩土相互作用;梯度流;质量比;约化速度IAbstractAbstractAlongwiththeimplementationofoceanstrategyofourcountry，aandtherapiddevelopmentofthedemandofoffshoreroadtransport,theseatransport