1.1研究背景

随着社会的发展，人们对于资源和能源的需求日益增长，并已经从陆地逐渐地转移到了海洋。在海洋资源开发利用中，各种各样的海洋工程结构物应运而生，比如海洋平台，海上风力发电装置，水下机器人等，在这些海洋结构物中，不可避免的大量使用了圆柱形结构，比如海洋平台桩腿、海洋立管、海洋系泊索等，这些圆柱形结构是海洋资源开发工程装备中的重要组成部分，在复杂的海洋环境中，极易发生破坏，引起破坏的重要原因是涡激振动。涡激振动的产生是由于流体经过结构物后，在其左右两侧产生周期性交替脱落的旋涡，使结构物受到周期性变化的升力，如果升力变化的频率与结构物的固有频率相近，就会导致共振。近年来关于海洋结构物的涡激振动的研究越来越受到重视，在数值模拟和实验方面都取得了一定的进展，但是还有很多问题亟待解决。

1.2 目的和意义

本文研究的二维圆柱模型，是一个较为简单但十分经典的理想模型。在不同的约束、质量比、表面粗糙度等条件下，二维圆柱模型能够被广泛地应用于许多工程领域。圆柱绕流和涡激振动问题的覆盖面很广，当为其附加不同的条件时，可以衍生出各种形式的问题：比如低质量比条件下圆柱在流向的振动不能忽略而需要采用两向自由度模型；其他截面形状（如椭圆形、矩形）结构物的圆柱绕流和涡激振动；附加装置的抑振效果；海洋生物附着改变圆柱表面形状的影响；内流对圆柱形管道的影响（如石油运输管道）等等。对于二维圆柱绕流及涡激振动的研究，能够帮助我们掌握绕流和涡激振动的特性和机理，对未来进入海洋工程结构的研究或未来从事海洋资源开发具有重要的意义。

1.3 国内外研究现状

图1 响应分析模型的分类

根据ISSC’2000^[1]的研究，对现存涡激振动分析工具的可分为三大类：

一是基于实验性数据来为水动力学力计算提供力系数的经验模型；