无单元法在二维涡激振动分析中的应用与节点布置研究

"不同节点布置下二维涡激振动的无单元法参数化分析* (2012年)" 本文主要探讨了一种基于无单元法的二维涡激振动数值模拟算法，旨在建立一个有效的涡激振动分析工具，并提出适用于该分析的前处理自动布点方法。涡激振动（Vortex-Induced Vibration, VIV）是深水立管在水流作用下发生的一种重要现象，可能引发立管的疲劳破坏，因此对其深入理解至关重要。 作者杨林和李华军采用无单元伽辽金法（Galerkin Method without Elements），这是一种无网格方法，它利用动态最小二乘法构建形函数，对流场控制方程进行空间离散。他们比较了手动布点和自动布点两种方法在模拟二维涡激振动流场形态上的效果，计算升力系数（Cl）、曳力系数（Cd）以及斯特罗哈数（Strouhal Number, St），这些都是评估涡激振动特性的关键参数。 通过对不同节点布置的计算，结果显示无单元伽辽金法是适用于立管VIV分析的，两种布点方法都能够较好地模拟流场中的涡脱落现象，且计算结果与传统的计算方法和物理模型实验结果一致。自动布点法的优势在于更适用于复杂问题的计算以及圆柱体在流场中的VIV动力响应分析，提供了更高的灵活性和准确性。 涡激振动的研究通常包括实验研究和数值模拟两部分。实验研究如Williamson和Roshko等人在1996-2002年的工作，他们揭示了VIV的频率响应和弹性支撑圆柱体的阻尼效应。而数值模拟方面，有半经验模型和计算流体力学（CFD）模拟两种方法，其中CFD方法能提供更为详细的流场信息，但计算成本相对较高。 在VIV的数值模拟中，无单元法作为一种新颖的数值技术，其优势在于无需严格的网格结构，能够处理复杂的几何形状，这使得它在解决涡激振动问题上具有一定的优越性。本文的研究成果为理解和预测深水立管的涡激振动提供了新的数值工具，对于深水油气资源开发的立管设计和安全评估具有重要意义。