1  软件概述

1.1 标识

本软件系统的名称为：涡激振动快速虚拟实验系统

1.2 软件背景

a． 涡激振动快速虚拟试验系统开发是针对海洋立管涡激振动问题，采用构建流体力数据库和建立结构有限元动力学模型，进行结构动力学响应计算与流体力的迭代查询匹配，获取结构的涡激动力学响应的虚拟试验系统的开发。系统开发包含前处理、求解器和后处理三个子系统开发，以及各个子系统程序的标准化、智能化等内容。通过该系统的虚拟试验，可获取海洋立管的自然频率、振型、涡激动力学响应等虚拟试验结果。

b． 任务相关信息：

1）  本软件开发的支持机构：工业和信息化部、财政部

2）  本项目研发时间为4年

3）  软件开发过程需要伴随着一些理论和算法研究。

开发者：上海交通大学

1.3 概述

涡激振动快速虚拟试验系统是针对海洋立管涡激振动问题，采用构建流体力数据库和建立结构有限元动力学模型，进行结构动力学响应计算与流体力的迭代查询匹配，获取结构的涡激动力学响应的虚拟试验系统的开发。

涡激振动快速虚拟试验系统提供了如下的用户友好的特性：

1、为提高立管模态分析的计算效率、灵活性和智能化程度，开发了子空间迭代程序。

2、开发了适应立管动力学计算的张力梁单元生成程序

3、有更加完备的流体力数据库的建立

4、有更加友好的用户界面

图1计算流程

涡激振动快速虚拟试验系统的主要分为前处理、求解器和后处理子系统组成，每个子系统由若干模块组成。

1.4 软件功能

涡激振动快速虚拟试验系统可进行海洋立管涡激振动动力学计算功能，并在友好的用户界面实现参数定义、计算和可视化结果显示等功能。涡激振动快速虚拟试验系统具体功能包括：

l 可进行海洋立管的模态分析，输出固有频率和振型；

l 可进行海洋立管涡激动力学响应计算，获得位移、速度、应力等均方根结果；

l 边界条件能够适应铰接、固支、弹性边界等情况；

l 计算范围涵盖低雷诺数（~10⁴）和高雷诺数（含高雷诺数~10^5-6）；

l 计算长径比可达1000以上；

l 所有参数定义均在友好的交互界面进行；

l 计算结果数据输出格式支撑CGNS等形式；

l 计算结果实现可视化，可绘制曲线、列表等形式；

2软件的使用环境

2.1硬件环境

l CPU：1.5 GHz (or higher)；

l 硬盘：50G以上；

l 内存：2G以上；

l 显示器最低分辨率：1024768以上；

2.2软件环境

l Windows XP（或以上）；

l 开发平台：Visual Studio 2010或以上版本；

3 软件菜单结构

前处理界面如图1所示，含概览，实验管理，模块管理我的账户几个部分，菜单栏分别介绍如下：

图1前处理参数输入界面

4 软件使用方法

网站使用时具体操作方法如下：

4.1、 登录网站：

如果有账号直接输入账号，密码登录即可，如果没有账号点击注册。

注册时将一下信息填好即可。

4.2、 创建测试实验：

点击新建，将提示的输入框填好即创建实验成功。

4.3、 前处理参数设置

1）基本参数设置：

点击修改，将弹出的编辑框的每一个数值输入框填好，点击确定即可。

2）流剖面参数设置：

点击新建按钮，将弹出的流剖面参数设置输入框填好，点击确定即可。

4.4、 管线定义参数设置

1）管线材料库设置：

点击管线材料库，点击新建，将弹出的管线材料参数输入框填好，点击确定即可。

2）管线参数定义设置：

初始顶端坐标的设置：在管线参数下点击修改，将弹出的初始顶端坐标输入框填好，点击确定即可。

管线参数定义设置：点击新建，弹出一个选择管线材料的界面，在上面勾线管线的材料，选好后点击确定即可。

点击修改（在图中已标明位置），将弹出的管线主参数和扩展参数输入框填好，点击确定即可。

勾选将要删除的数据组，点击确定即可删除。

3）边界条件设置：

顶端边界设置：点击修改按钮，将弹出的顶端边界设置界面填好，点击确定即可。

底端边界设置：点击修改按钮，将弹出的底端边界设置界面填好，点击确定即可。

张力定义设置：点击修改按钮，将弹出的张力定义设置界面填好，点击确定即可。

4.5、求解设置：

1）求解设置：

点击求解设置里上面一个修改按钮，进入单元划分方式编辑界面，按需要填写编辑框，点击确定即可。

点击求解设置里下面一个修改按钮，进入单元尺寸和计算模态数编辑界面，按需要填写编辑框，点击确定即可。

2）输出选项设置：

点击右侧修改按钮，弹出输出选项编辑框，根据需求勾选，点击确定即可。

3）计算求解：

在界面的左侧点击计算求解选项，在此页面点击启动计算即可，慢慢等待可以观察计算状态和计算用时。

4.6、后处理：

计算完结果后，可在后处理里查看自由振动结果和受迫振动结果。

5 VIV快速虚拟试验Demo1计算算例

        (1) 计算准备

打开软件，选择立管VIV。

        (2) 新建项目

点击新建

        (3) 参数设置

1、打开基本参数对话框，点击修改，设置海水动力粘度系数，内流密度等参数如下图，点击确定关闭对话框。

2、打开流剖面参数定义对话框，点击新建，设置深度，流速参数如下图，点击确定关闭对话框。

3、打开管线材料库对话框，点击新建，设置弹性模量，泊松比和阻尼系数等参数。

4、打开管线参数对话框，点击修改，设置初始顶端坐标参数如下图，点击确定关闭对话框

5、在管线参数定义对话框中，点击新建，选择管线参数如下图，点击确定关闭对话框

点击修改主参数和扩展参数如下图，点击确定关闭对话框

6、打开边界条件对话框，在顶端边界和底端边界中点击修改，选择简支方式如下图，点击确定关闭对话框

7、在张力定义对话框，点击修改，选择张力定义，张力形式，张力值，如下图，点击确定关闭对话框

8、打开计算求解页面，点击求解设置，点击修改，选择单元划分方式，设置计算模态数等，如下图，点击确定关闭对话框

9、打开输出选项对话框，点击修改，如下图，点击确定关闭对话框

10、在计算求解中点击启动计算，如下图，点击确定关闭对话框

11、计算结果如下图所示

1）自然频率

2）振型结果图

3）垂直来流方向结果