海洋立管长期服役于海洋环境,不可避免地存在生物附着现象,引起管壁粗糙化,粗糙后的管壁势必会影响其涡激振动响应,本文重在探究粗糙凸起对立管涡激振动响应的影响,由于表面附着生物的粗糙凸起不均匀,在理论研究时难以精准刻画和描述,因此本文对附着生物简化处理,利用轴向均布附属肋条模拟生物附着引起的立管管壁均匀粗糙,研究其对立管涡激振动的影响。主要从物理实验和数值模拟两个方面研究附属肋条凸起高度及覆盖率对刚性立管涡激振动的影响,具体的研究工作与结论如下:(1)在小水槽内进行流速剖面测试,设计并安装单自由度刚性立管振动装置,利用高速摄像技术对立管振动位移进行捕获。分别将光滑立管与不同结构的附属肋条立管放置于不同的来流速度获取立管振动位移,并与Williamson的三分支经典实验结果进行了对比,两者存在差异的主要原因为立管质量比差异、实验过程中潜水泵频率变化速度较快,导致振幅曲线初始分支段不明显。(2)采用k-ε模型对附属肋条立管进行了二维双自由度涡激振动数值模拟,发现附属肋条对立管振动影响与其凸起高度、覆盖率有关。凸起高度0.05D覆盖率为20%时,立管振动会出现驰振的趋势,振幅增加,覆盖率60%、100%的附属肋条立管对Y方向振幅有着相近的抑制效果;凸起高度0.05D,覆盖率20%的附属肋条立管振动轨迹存在由规则“8”字形向多个“8”字形叠加的转化;原因在于覆盖率为20%的附属肋条立管边界层最早分离且发生在前侧肋条凸起处,凸起高度越高,相邻凸起之间旋涡发展越充分范围越大,导致立管所受横向推力增大,Y向振幅增加,因此产生立管驰振;同时覆盖率20%时立管所受的阻力增加,在发生驰振时立管轨迹越发不规则,产生蝴蝶翼翅型的“8”字叠加转换。(3)覆盖率20%,凸起高度0.03D、0.05D的附属肋条立管旋涡脱落模式为2P模式向P+S模式转化,而其他结构的旋涡脱落模式为2S模式向2P模式的转变;压力系数曲线会在附属肋条凸起位置产生剧烈波动,以覆盖率20%最为明显。从尾流场特性的角度而言,立管振动轨迹发生改变,旋涡脱落模式也因而发生变化。(4)实际工况下雷诺数较高,三维特性明显,采用LES模型补充了附属肋条立管三维绕流数值模拟。附属肋条立管平均阻力系数均大于光滑立管,但斯特劳哈数小于光滑立管。并且高雷诺数条件下,旋涡三维特性明显,附属肋条立管剪切层之间的宽度变宽,边界层发展的更为充分。