海流作用下坠物沉降及撞击海底管道数值模拟研究

采用基于浸入边界有限元法的流固耦合数值模拟方法,对海流作用下坠物撞击海底管道完整过程进行了数值模拟研究。数值结果表明:在自由沉降时,坠物的流向速度与海流速度基本一致,不同海流速度下相同质量的坠物垂向速度基本一致,但在较低的坠物质量和海流速度下会出现冲跃现象,球形坠物的垂向阻力系数比立方形坠物小,并且阻力系数随坠物质量的变化而变化,坠物沉降角度随海流速度的增加而增大;在坠物接近海底管道时,流向速度逐渐减小,垂向速度均为先增大后减小,立方形坠物减小程度要比球形坠物大,质量大的坠物垂向速度减小的程度也要比质量小的大;在坠物撞击管道时,球形坠物撞击速度比立方形大,撞击速度比自由沉降速度大,撞击角度比自由沉降角度小,最大应力和凹痕均比无海流作用时小,球形坠物应力减小幅度为4.44%~16.71%,立方形坠物应力减小幅度为9.29%~12.14%,球形坠物凹痕减小幅度为4.17%~30.58%,立方形坠物凹痕减小幅度为10.41%~14.44%。