深海油气资源的勘探和开发过程中,海洋立管作为海面与海底井口的主要链接部件,其设计与制造是深海技术关键性高新技术之一。海洋立管这类圆柱型结构在一定来流下会发生涡激振动,进而可能导致结构的疲劳破坏,造成巨大经济损失和生态灾难,对该问题的研究具有重要工程意义。圆柱型立管受迫振动能有效反映结构振荡对结构受力和尾涡的影响、结构与流场间的能量传递信息,本文采用数值方法,聚焦研究圆柱型立管受迫振动对水动力特性的影响。利用CFD软件OpenFOAM研究了雷诺数Re=150下直圆柱和波型圆柱在均匀来流中的横向受迫振动。通过改变运动圆柱的振动频率和振幅,对比分析直圆柱和波型圆柱所受的升、阻力,确定各自的锁定区间,分析在锁定状态下升力及尾涡的变化特性。数值分析表明:虽然波型圆柱在静止情况下可完全抑制卡门涡街,但在受迫振动下其升、阻力随着振动频率的变化趋势与直圆柱相似。波型圆柱对升力和阻力的抑制分别体现在低频和高频段。升力曲线在锁定和非锁定状态下表现不同。研究发现,在锁定状态下,直圆柱尾流区的泻涡模式由振动频率控制,存在2S和C(2S)两种模式;在波型圆柱尾流区出现唯一的一种泻涡模式。利用CFD软件Nektar++开展了雷诺数Re=500下直圆柱横向受迫振动的三维数值模拟分析。在固定振幅下,以频率递增和频率递减两种方式研究三维情况下的水动力学特性。数值分析表明:升、阻力系数、能量传递系数E及相位差的变化曲线均存在滞回现象。频率递增方式下,所有突变发生在上临界频率处;频率递减方式下,则均发生在下临界频率处。不同方向的振动频率遍历下,锁定区间一致,其较基于二维数值计算的结果更宽;圆柱运动时程与升力时程间的相位差落在0—180°区间内时,对应正的能量传递系数E,否则,对应负的能量传递系数E。