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《振动与冲击》 2017年11期
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平动与转动受迫谐振圆柱的水动力特性分析

刘名名  唐国强  吕林  滕斌  
【摘要】:通过求解二维不可压缩黏性流体的Navier-Stokes方程,对低雷诺数下圆柱同时具有周期性旋转和横流向振动的流固耦合问题开展了数值分析研究。重点考察了不同强迫振动频率(f*([0.5,2.0])以及转动与平动之间的相位差(φ=±180°,±120°,±60°及0°)下,圆柱结构的受力特性、锁定模式及尾迹涡流场演化特征。数值分析结果表明,在周期性转动和平动的联合激励下,流动过程除存在常规的基本锁定(Primary Lock-in)现象外,还存在非线性准周期锁定(Quasi-periodic Lock-in)现象;旋转运动与横流振动之间的相位差φ对锁定形式及锁定的频率区间有重要影响,对称的正负相位差可导致高度一致或截然不同的锁定形式;两自由度谐振圆柱的水动力系数在锁定条件下会发生明显跳跃,总体上随强迫振动频率的增大而增大;对于特殊的准周期锁定情况,尾迹区内存在涡旋结构的多级次非线性分叉行为,尾涡演化过程遵循准周期特性。
【作者单位】大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室;
【关键词】圆柱 旋转振动 横流向振动 准周期锁定 尾涡模式
【基金】:国家重点基础研究发展计划(973计划)(2014CB046803) 国家自然科学基金(51409035;51279029)
【分类号】:O352
【正文快照】:
当流体经过非流线型结构时,通常会在其尾流区内产生交替的涡旋脱落,导致作用在结构上的流体作用力表现出周期性特征,这是诱发结构发生涡激振动以及驰振等非线性动力响应(甚至是疲劳破坏)的主要原因之一。圆柱结构在水利工程、海洋工程、化学工业以及航空航天等领域都有十分广

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