海底管道是一种非常重要的海洋石油运输工具,管道系统由内流场、管道、外流场及管道附件组成,管道结构容易受到原油脉动、海洋洋流、激荡振动等各种外界激励的影响而产生振动,严重时管道会破裂导致石油泄漏。因此,分析海底输油管道的振动特性,并根据管道振动特性进行减振控制与优化设计,对于海上石油工业安全性、经济性有重要意义。当前,国内外学者对管道流固耦合振动问题进行了广泛的研究,主要运用单向耦合和双向耦合的方法,这种求解方法较为复杂且不易收敛,附加质量法也仅考虑了管道的附加质量,而声固耦合法充分考虑流体的附加质量、附加阻尼和流固耦合项。基于此,在总结和吸收前人的基础上,本文基于声固耦合算法重点研究内外两个流场对管道振动特性的影响,主要进行了以下三个方面的研究工作。首先,对海底管道振动理论和数值计算方法进行分析介绍,着重分析推导了声固耦合算法,搭建测试平台对自由空管、充液管道和水下充液管道进行模态实验,通过ANSYS声学模块建立充液管道和水下充液管道的有限元模型。基于声固耦合算法求解得到充液管道固有频率与实验测试结果相差值在1.78%之内,基于声固耦合算法计算出的水下充液管道固有频率与实验测试结果相差值在3.01%之内,验证了基于声固耦合算法对充液管道和水下充液管道(内外双流场)进行耦合振动特性分析是可行的。其次,基于声固耦合算法对实际海底输油管道进行有限元建模,分别研究海水对管道的影响,原油对管道的影响,海水和原油共同对管道的影响,从对比结果中得出两个结论:一是海水和原油对管道的固有频率起衰减作用,且相比仅考虑海水和仅考虑原油,海水和原油两个流体介质共同作用下,管道固有频率衰减的更明显;二是海水和原油会降低管道的模态振型幅值,同样相比仅考虑海水和仅考虑原油,海水和原油两个流体介质共同作用下,管道固模态振型幅值降低的更明显。最后,研究了管道支撑结构和管道支撑刚度对管道振动特性的影响,发现支撑结构会降低管道的固有频率,增加管道支撑刚度可以提高管道的稳定性。本文还对管道系统的减振控制和优化设计进行了分析研究,在管道支撑结构上增加一层橡胶阻尼层可以有效抑制管道振动,对管道壁厚和支撑刚度进行参数优化能够有效降低管道振动幅值。