清华大学学报(自然科学版)

作者：钱浩宇, 金国庆, 邹丽, 于宗冰, 胡健, 国奇

单位：1. 大连理工大学 船舶工程学院，大连 116024,2. 大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室，大连 116024

关键词：深海采矿,涡激振动,剪切流,底部响应,模态转换

基金：国家重点研发计划(2022YFC2806700),国家自然科学基金青年科学基金项目(52301362),国家资助博士后研究人员计划(GZC20230346),中国博士后科学基金(2024M750325)

不同于传统的两端固定的采油立管，深海采矿立管的底部附加中间仓，呈现弱约束形式。在作业过程中易受到复杂的深海剪切流作用，产生涡激振动导致结构损伤。该文采用WKB和尾流振子结合的方法，研究深海采矿立管在剪切流作用下的振动特性，并通过与前人试验结果对比，验证本研究所采用的数值方法的准确性。结果表明：随着剪切参数的增大，立管振动的主导模态增加，底部节点振动位移呈现先减小后稳定的运动规律；随着剪切流最大流速的增加，底部自由端位移呈现先增大后减小的规律；考虑立管振动模态转换时，随着来流速度增加，立管的振幅增加，并会从立管顶部产生新的模态；深海采矿立管比传统采油立管具备更高的自由度，易激发出高阶的模态；考虑立管参数时，发现Young's模量较大的立管会呈现更高阶的模态，随立管长径比参数的增大，振动主导频率增大，响应值降低。

来源：2025年第8期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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