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第1 卷 第1 期 物理科学期刊 Vol.1 No.1 2011 年 12 月 Scientific Journal of Physical Science Dec. 2011 基于Poincare 截面方法的VIV 检测 钟兴福，林黎明，吴应湘 中国科学院力学研究所，北京 100190 摘 要：用Poincare 截面方法，可以研究在二维、三维或更高维空间内流形的动力学行为，定性给出各流形的Poincare 截 面特征，其特点是可以通过降低维数来研究高维系统。本文工作利用Poincare 截面，给出了从测量的单变量时间序列中快速 检测柱体结构发生涡激振动共振的方法。室内试验表明，这种方法快速可靠，为工程检测柱体结构的涡激振动提供了一种新 的检测手段。 关键词：Poincare 截面；涡激振动；检测 The VIV Detection Based on Poincare Surface of Sections Xingfu Zhong, Liming Lin, Yingxiang Wu Institute of Mechanics, CAS, Beijing 100190, China Abstract ：By Poincare surface of sections, dynamical features of manifold in two, three or high dimensions c an be investigated. Characteristics of Poincare sections for all kinds of manifold can be obtained qualitatively, which is used to study system w ith high dimensions by reducing dimension. In present work, a method of quick detection on occurrence of vortex -induced vibrations (VIV) of cylindrical structure is developed from measured time history of one variable by using Poincare surface of section. Experimental results have shown that such method is quick and reliable as a new means of engineering detection on VIV of cylindrical structure. Key words ：Poincare surface of sections; vortex-induced vibration; detection 当前很多工程应用中都大量采用了钝体结构，如桥梁，海洋工程，建筑物，热交换器等。例如，海洋工程中 常常用到的钝体结构是立管，它在深海油气开发系统中是连接海面作业平台和海底钻采设施的关键设备。当海流 绕过立管结构时，在立管两侧会产生交替的涡旋脱落。同时，结构表面会受到流体脉动作用力，特别是在与水流 垂直的横向方向上。由于这种涡旋脱落诱发的流动载荷脉动较强，导致结构振动幅值较大，从而形成涡激振动 （Vortex-induced vibration ，VIV ）。当涡脱落频率接近立管的自振频率时，将会产生同步或者锁定现象，此时结 构受到的流体载荷和振荡振幅突然增大，进而结构发生疲劳破坏，从而造成油气田停产及海域大面积污染的事件 时有发生，不但带来了巨大的经济损失，而且破坏了海洋生态环境。因而深海立管的安全问题得到了各国海洋工 程界的广泛关注。 近几十年来，各国学者纷纷提出多种的涡激振动抑制措施和减振方法，Sarpkaya Isaacso