立管是海洋结构物中非常重要但薄弱的子系统,在海洋来流环境下,立管由于泄涡而产生涡激振动,缩短其疲劳寿命甚至导致结构破坏。涡激振动一直是学术界和工业界研究的热点和难点。本文借助已有的方法和结构模型,对立管的涡激振动现象进行了时域数值模拟,试图揭示涡激振动一些有趣的现象。离散涡方法是近些年来发展起来的适合于高雷诺数流场的CFD方法,具有概念简单,计算不依赖于网格等优点。本文利用离散涡方法来模拟二维圆柱的绕流问题,根据边界条件的处理形式的不同,采取了镜像法和涡元法两种大体一致的方法来对固定圆柱绕流进行模拟。模拟结果表明,镜像法较涡元法更为精确,适合的雷诺数范围也更大。考虑到实际立管结构的雷诺数范围和日后程序扩展等问题,对于运动圆柱的模拟采用精度稍差些的涡元法。模拟结果与其他实验和数值模拟结果吻合较好,但没有模拟出振动最大峰值区域,在下端分支区域的无因次振幅较其他结果偏大。由于立管结构具有很大的尺度比,因此对其进行三维的数值模拟是不现实的。本文采用切片法的思想,将立管结构转化为集中质量系统,在节点所在的剖面上利用离散涡方法进行水动力模拟计算,然后与结构的动力响应方程进行耦合。在均匀来流情况下,随着来流速度的增加,立管的主振动模态会随之升高,而且次要模态的个数和阶数也会随之增大。在一定来流作用下,立管的最大横向位移不一定发生在主振型上,在分析中还需要注重次要振型。立管涡激振动的振幅不会随着来流速度的增大而发生大的变化,即无因次振幅稳定在一定范围内。锁定区间和泄涡频率控制了立管的振动模态,尾流中涡的模式以及振动位移和受力之间的相位差与振动模态有关。在剪切来流下,相同等效速度下立管的振动位移较均匀来流时小,这主要是因为此时的泄涡频率分散的缘故。上述所有计算程序均是由FORTRAN语言编写。总之,本文试图形成一个较为完善的用于模拟立管涡激振动的方法和思路,为进一步研究奠定基础。