1.功能介绍

涡激振动快速虚拟试验系统是针对海洋隔水管、锚链等立管类结构的涡激振动问题，通过构建流体力数据库和建立结构有限元动力学模型，并通过数值计算快速获取立管涡激动力学响应的虚拟试验系统。

主要功能有：
    海洋立管的模态分析，输出固有频率和振型；
    涡激动力学响应计算，获得位移、速度、应力等均方根结果；

2.产品特色

（1）核心求解器采用了张力梁有限元动力学模型、模态分析算法
    灵活高效的子空间迭代法；
    适应性好，精度高。

（2）流体力数据库的构建
    TVD-EVVT高精度数值方法；
    离散格式；
    兼容XML文件。

（3）试验结果分析
    可给出隔水管的模态频率；
    可提供各阶频率和振型；
    可提供横向位移RMS、升力方向加速度RMS、升力方向应力RMS和轴向张力；
    试验报告自动生成；

3.运行环境和效率

主流PC机上即可运行；Windows操作系统，高性能计算集群上也可运行。 操作系统的兼容性，在Windows XP、Windows7、Windows8等系统下运行，主要适应64位操作系统。 计算速度快，主流PC机上一般可在10min内完成计算。

4.试验精度

涡激振动快速虚拟试验系统对固有频率和动力学响应预报结果与主流商业软件相比精度相当，与实验结果吻合良好；流体力数据计算方法（自主研发的TVD-EVVT高精度数值方法和离散格式）和结果经过实验、国内外文献算例的考核验证。

  1.1 案例名称

VIV快速虚拟试验Demo1

  1.2 案例描述

1500m梯度流

  1.3 试验条件和参数

1)基本数据如表1.3.1基本数据表所示：

2)材料参数如表1.3.2材料参数表所示：

3)管线参数如表1.3.3管线参数表所示：

4)边界条件如表1.3.4边界条件参数表所示：

5)流剖面参数如表1.3.5流剖面数据表所示：

  1.4 试验结果

1）隔水管的模态频率如表2.6自然频率表所示：

3） 横向位移RMS(m)曲线数据（相对于深度）如下图所示：

4） 升力方向加速度RMS(m/s^2)曲线数据（相对于深度）如下图所示：

5） 升力方向应力RMS(MPa)曲线数据（相对于深度）如下图所示：

6） 轴向张力(kN)曲线数据（相对于深度）如下图所示：

  1.5 视频案例

用户登录中国数值水池虚拟试验系统后，可完成系统提供的各类虚拟试验。虽然试验在参数、求解器、计算结果等方面区别很大，但总体上来说操作过程基本相同，主要由四个部分组成：1试验创建；2参数录入（前处理）；3计算求解；4结果展示（后处理）。下面以“涡激振动”为例进行详细介绍。

登录系统后，点击页面左侧导航栏中的“涡激振动”，从而进入该试验的管理页面。如下图所示，该页面有关于涡激振动的主要功能介绍，以及该虚拟试验的相关特色，其下为“涡激振动快速计算虚拟试验”。

“涡激振动快速计算虚拟试验”中给出用户做过的试验列表，该列表以时间顺序排序，可以在看到用户做的每一个虚拟试验的概要信息，如试验名称、编号、描述、创建时间、修改时间等内容，用户可在这里对试验进行创建和删除操作。

页面的右侧是涡激振动的“算例试验”，如下图所示。算例试验是系统提供的已经完成的典型试验，对系统中的所有注册用户开放，可给用户提供一定的参考，从而更好地完成自己的虚拟试验。

点击“算例试验”后，则进入算例试验的详情界面，可以看到算例试验的参数设置、求解器的执行信息及试验的结果。这里，用户可以查看算例的所有信息，但不可以修改。

1.试验创建

系统提供了两种创建虚拟试验的方法，第一种是通过某个虚拟试验为范本来创建虚拟试验。如下图所示，点开某个虚拟试验的详情页面，在这个页面的上方用红色字体标出的字算“以此创建试验”，则弹出创建新试验的对话框，输入适当的试验名称、编号及描述，点击确定即可完成新试验的创建。

新试验创建后自动跳转到该试验的详情页面，可见通过这种方式创建的新试验是算例试验的一个拷贝，其参数与算例试验相同，用户只需按实际情况修改部分参数即可。因此，可将当前虚拟试验看成试验模板，起到初始化设定新试验参数的作用，通过系统推荐的这种方式来创建新的虚拟试验。

第二种创建新试验的方法是创建一个空白试验。如下图所示，通过点击“涡激振动”中虚拟试验列表上方的“新建”按钮，同算会弹出对话框如下图。填入相应的信息，然后点击确定，即可创建一个新的空白试验。

如下图所示，新空白试验创建后，同算会自动跳转到该虚拟试验的详情页面。可见通过该方法创建的所有虚拟试验都是空白，需要用户手动输入所有的必填参数，方可进行计算，该方法适用于有一定经验的用户。

2. 参数录入

当一个新的虚拟试验创建口，用户需要对其参数进行适当的录入或修改，为确保结果的准确，请确认所录入的参数符合实际情况。一个虚拟试验可大致分为文件型参数、单数值型参数、表格型参数几种类型，下面以“船舶快速性预报”为例，介绍一下各种类型参数的录入方式。

2.1 基本参数

在“前处理”标签中，点击“基本参数”小标签下方的“修改”按钮，可进入如下图所示页面，基本参数都是一样的，所以看你所要填的信息是否一致，点击确定即可。

2.2 流剖面参数

点击“流剖面参数”小标签下方的“新建”按钮，可进入如下图所示页面，可以对流剖面相关的参数进行设置，以下所有参数都需要用户手动输入。

2.3 管线材料库

点击“管线材料库”小标签下方的“新建”按钮，可进入如下图所示页面，可以定义管线材料类型及其参数。

2.4 管线参数定义

a 初始顶端坐标

点击“管线参数”小标签下方的“修改”按钮，可进入如下图所示页面，可以对初始顶端坐标进行设置。

b 管线参数定义

再点击“管线参数定义”小标签下方的“新建”按钮，可进入如下图所示页面，选择之前定义的材料参数后，确定了此材料下的管线参数定义框，点击画笔即修改管线参数，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。

5) 边界条件

a 顶端支撑方式

点击“顶端边界”小标签下方的“修改”按钮，可弹出顶端边界设置下拉选项框，如下图所示页面，选择简支，点击确定。

b 底端支撑方式

点击“底端边界”小标签下方的“修改”按钮，可弹出底端边界设置下拉选项框，如下图所示页面，选择简支，点击确定。

c 张力定义

点击“张力定义”小标签下方的“修改”按钮，可弹出张力定义设置框，填好参数后确定。

3. 计算求解

a．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下拉选项框，按需要选择单元划分方式，点击确定即可。

b．输出选项设置：

点击“输出选项”下的“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。

c．计算求解：

全部参数正确设置后，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。

如果用户录入的参数不符合计算条件时，计算将无法启动，并会弹出对话框进行提示，请用户按照提示的要求来填写相关的参数，以确保试验能够正确，顺利的进行。

4 结果展示

当求解器执行结束后，可切换到“输出”标签对应的页面来看本次虚拟试验的结果，试验结果可分为以下几类：

a 虚拟试验报告

点击虚拟试验的报告生成，然后点击下载就可以看到以Word的形式报告。

b 表格类

c 曲线类

本涡激振动快速虚拟试验系统，是针对海洋隔水管、锚链等立管类结构的涡激振动问题，采用构建流体力数据库和建立结构有限元动力学模型，进行结构涡激动力学计算，快速获取立管涡激动力学响应的虚拟试验系统，其用例图如图4.1所示。

系统可以进行大长径比海洋立管的模态分析，输出固有频率和振型；进行海洋立管涡激动力学响应计算，获得垂直来流和平行来流的位移、速度、应力等均方根结果，并将结果以表格和曲线等方式在系统中显示。