流体绕过圆柱体流动时,圆柱体两侧会发生交替泻涡,使圆柱体受到横流向和顺流向的脉动压力,当圆柱体受到水流施加的周期性变化的脉动压力频率接近结构的自振频率时,会出现“频率锁定”现象,在锁定区间内,水流的周期性作用会引起结构强烈的运动响应,造成结构的疲劳损伤。近年来,随着国内外跨海域海底电缆输电工程的快速发展,电缆结构因受到涡激振动发生断裂破坏的事故频发,流致涡激振动问题在工程实际中得到了广泛关注,如水流对海底电缆、海底管道和海洋立管等管线类结构物的涡激振动作用,都是海洋工程领域重点关注的问题。本文基于光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamic,SPH)方法,建立了模拟圆柱涡激振动的SPH数学模型。流体运动采用NS(Navier-Stokes)方程来描述,固体运动则使用牛顿刚体运动方程。通过在数值水槽左右边界处设置缓冲粒子,并引入适合于SPH方法的开边界算法,设置了适合粒子法的入流和出流边界。为了避免圆柱后方尾迹区域出现空腔,同时抑制流体粒子压力的非物理性震荡,引入了粒子移位矫正算法和粒子压力修正模式,建立了模拟均匀水流的二维SPH模型。流固交届处,圆柱体的物面边界离散为两层边界粒子,边界粒子的压力根据状态方程求解,其速度由圆柱的运动方程确定。首先应用固定圆柱的绕流算例对所建立的数学模型进行了验证,数值模拟了固定圆柱在雷诺数=100和200时的升力和阻力变化过程以及尾涡脱落模式。其次,在强迫振动问题中,确定了在=100时的锁定区间,分析了做横向运动的圆柱在频率锁定区间和非锁定区间内的升阻力变化特性,及其与横向激励频率之间的关系。最后,在涡激振动问题中,先对所建立模型的计算域大小和粒子分辨率进行了收敛性验证。保持雷诺数和约化速度之间的关系为=20~*,且圆柱的质量比为10,对低雷诺数下单自由度孤立圆柱和近底边界圆柱的涡激振动过程分别进行了数值模拟,分析了它们在不同约化速度下的横向位移和升力特性的变化规律,以及在不同约化速度下横向位移频率、升力系数频率、自然涡脱落频率与弹性系统自振频率之间的关系,并确定了孤立圆柱和近底边界圆柱各自的锁定区间和涡脱落模式。对于孤立圆柱的情况,通过对锁定区间内的横向位移与升力系数进行频率分析与希尔伯特变换,研究了圆柱横向位移和升力系数之间的相位关系。数值分析结果表明,所建立的SPH数值模型可以很好地模拟水流作用下的管线类结构的涡激振动问题。目前应用SPH方法模拟圆柱锁频振动的结果还未见有文献公开发表。