中文摘要：

深水立管是海洋油气平台的重要结构部件。在平台升沉运动作用下，立管发生参激振动，在海流作用下，立管出现涡激振动，二者联合作用立管出现振动失稳、响应突变、分岔和混沌振动响应状态，诱发立管疲劳破坏。本项目应用非线性动力学、水动力学理论和有限元方法，综合考虑立管参激和涡激联合激励，研究立管的非线性随机振动特性，包括参数激励下立管的非线性振动特性，振动的失稳条件和稳定振动参数域；平台运动参数激励和涡激联合激励立管的异频振动包括亚谐、超谐和组合共振特性；研究立管参激振动疲劳特性，以及参激和涡激联合作用下立管疲劳特性及其疲劳累积损伤分析理论。本研究目标是给出参激和涡激联合作用下立管非线性随机动力响应特性，立管参数振动稳定性的分析方法，揭示立管参激和涡激联合作用下的失效机理，得出立管参激和涡激振动的疲劳特性，提出深海立管疲劳累积损伤的分析方法。本项目为深海立管的动力优化设计奠定理论基础。

结论摘要：

一、项目完成情况按照“揭示机理、探索规律”研究思路，采用理论分析、数值仿真和实验研究方法，基于预定的内容和目标展开研究。综合考虑参激和涡激，确定参数激励项，建立立管耦合振动分析模型；研究立管参激、参激涡激联合振动的非线性振动特性，包括立管的亚谐和组合共振特性，研究参激涡激联合振动的失稳条件；采用CFD方法和Van der Pol尾流振子模型模拟了深海立管涡激振动，分析了流速、顶张力、参数激励等因素对立管涡激振动的影响；研究参激-涡激作用立管损伤特性和疲劳分析方法；考虑南海海清，基于CFD方法，研究了高雷诺数下立管拖曳力系数和升力系数的变化规律，综合考虑拖曳力和涡激力，研究了立管二维和三维受迫振动。进行了立管参激涡激振动的试验研究，内容包括立管的阻尼特性测试、固有频率测试，在国内首次测试立管的参激-涡激振动，创新设计了测试方案。本研究取得了一系列创新成果，揭示了深海立管参激非线性振动特性和失稳机理，确定了参激对于立管涡激振动的影响规律，提出了参激涡激疲劳分析的理论与方法，实现了预定的研究目标，本项目预定研究内容和试验工作全部完成。本课题成果可为我国立管的动力优化设计提供理论基础和技术支撑。培养了博士和硕士研究生共7人，发表和录用论文18篇，申请专利1项。参加了2次国际学术会议和1次国内学术会议。邀请外国专家来进行学术交流1次。二、项目研究成果 1、提出了深海立管随机参数激励的确定方法，建立了深海立管参激-涡激联合振动分析模型。提出了顶端可动边界和固定边界模型固有振动特性计算公式。该成果对于避免立管的涡激和参激谐振具有指导意义。 2、给出了深海立管参激和涡激作用下，立管的亚谐振动、组合共振的振动特性以及发生参数振动失稳的条件。揭示了立管发生一阶参数共振的机理，以及立管一阶参数共振不稳定区的分析方法。 3、在雷诺数较高和振幅比较大时，立管受迫振动的锁定区间会增大，立管出现“锁定”振动的频率范围加大，更易导致立管发生疲劳破坏。 4、参数激励加剧了立管的涡激振动，立管横向振动固有频率约是参激频率的0.5倍时，出现参数激励内共振，参数激励作用下，立管振动明显增大，尤其立管底部振动位移和弯曲应力明显增大。 5、揭示了参激-涡激振动立管疲劳损伤机理，提出了参激-涡激振动疲劳损伤预报方法，指出了减小立管参激振动影响和延长寿命的有效途径。 6、提出了参激-涡激振动测试的方法和技术。