表面缺陷对圆柱体涡激振动和驰振模态影响机制实验研究

来源：振动与冲击杂志2025年第10期北京时间：

作者：张伟国，饶志华,，苏峰，姜俊川，刘坤翔，倪问池niwch@mail.sysu

单位：1.中海石油深海开发有限公司，广东深圳518067；2.海洋油气高效开发全国重点实验室，广东深圳518067；3.中山大学海洋工程与技术学院广东省南方海洋科学与工程实验室(珠海)，广东珠海519000

摘要：涡激振动（VIV）是细长海洋结构（如隔水管和井口）疲劳损伤的一个重要因素，必须在设计中予以考虑。目前，预测此类结构涡激振动的工程方法通常依赖于圆柱体的VIV数据库，但未能考虑因腐蚀等因素导致的表面缺陷。因此，预测结果可能忽略由表面缺陷引起的振动放大效应，导致低估结构振动幅度和疲劳损伤。针对这一问题，通过模型试验，分析了具有不同缺陷深度和来流角度的缺陷圆柱体的流致振动响应特性。结果表明，缺陷圆柱体的模态特性复杂，表现出多种模式，如驰振、涡振和共振模式。表面缺陷会激发驰振模态，并显著增加圆柱体的振动幅度，最大可达7.5倍。在攻角为0°时，缺陷圆柱体表现出最高的振动幅度和最大的共振范围，然而，在攻角接近90°时，缺陷圆柱体的振幅急剧降低且低于完整圆柱体。表面缺陷也会抑制涡振模态，进而抑制驰振，圆柱在7.5%的缺陷深度下有最大驰振振幅。此外，表面缺陷还会导致共振的流速区间范围增大。<br>

关键词：流致振动；驰振；表面缺陷；圆柱体；涡激振动