本文關(guān)鍵詞： 渦激振動 漩渦 彈性支撐方柱 橫向振動 流向振動　出處：《蘭州大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：渦激振動是一種在自然界和工程領(lǐng)域中廣泛存在的現(xiàn)象。當風(fēng)、水流等流體流經(jīng)柔性植被、大跨度橋梁、高聳煙囪、海底管線等非流線形結(jié)構(gòu)時,便會在其尾流區(qū)誘發(fā)周期性的漩渦脫落,同時在結(jié)構(gòu)上形成與來流速度垂直的周期性流體作用力,進而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在這一方向上的周期性振動。渦激振動問題的本質(zhì)是物體運動與尾渦運動之間的反饋。目前對渦激振動現(xiàn)象的研究主要以風(fēng)洞試驗為主,數(shù)值研究較少。本文采用udf渦激振動控制程序+動網(wǎng)格的方法分別模擬了單自由度和二自由度彈性支撐方柱的渦激振動問題,主要研究內(nèi)容如下:1.本文首先研究了單自由度彈性支撐方柱在7.31U*15.23(對應(yīng)實際風(fēng)速4.74m/s～9.87m/s)風(fēng)速范.圍.內(nèi)的渦激振動問題,數(shù)值模擬結(jié)果與Kumar等人的風(fēng)洞試驗結(jié)果吻合程度較好,證明本文自編udf程序的可靠性以及本文模擬方法的合理性,數(shù)值模擬過程中捕捉到了“鎖定”、“拍”、“相位開關(guān)”現(xiàn)象,同時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的橫向振動改變了橫向與流向上流體力的作用強度。2.已有的研究結(jié)果表明,頻率比fst*、質(zhì)量比M~*、質(zhì)量-阻尼聯(lián)合參數(shù)M~*ζ是影響渦激振動響應(yīng)的主要參數(shù)。本文對不同質(zhì)量比、質(zhì)量-阻尼聯(lián)合參數(shù)的方柱進行了渦激振動分析,研究M~*和M~*ζ的改變對振幅、“相位開關(guān)”啟動的風(fēng)速值以及對流體作用力的影響。3.研究“相位開關(guān)”啟動機理,首先,對方柱周圍速度場進行分析,本文發(fā)現(xiàn),振動方柱周圍存在與運動相關(guān)的振動繞流速度,它的出現(xiàn)減小了結(jié)構(gòu)橫向的速度差,并可以改變“相位開關(guān)”啟動的風(fēng)速值。4.對流場中的二自由度振動方柱進行建模,研究二自由度振動方柱分別在橫向共振與流向共振狀態(tài)下的運動規(guī)律,并且考慮流向振動對流體作用力的影響,給出單自由度系統(tǒng)代替二自由度系統(tǒng)進行渦激振動分析的使用條件。
[Abstract]:Vortex-induced vibration is a widespread phenomenon in nature and engineering. When wind, water and other fluids flow through flexible vegetation, long-span bridges, towering chimneys, submarine pipelines and other non-streamline structures. Periodic vortex shedding will be induced in the wake region and periodic fluid forces perpendicular to the inflow velocity will be formed at the same time. The essence of the vortex-induced vibration problem is the feedback between the body motion and the wake vortex-induced vibration. At present, wind tunnel experiments are the main research on the vortex-induced vibration phenomenon. There are few numerical studies. In this paper, the vortex-induced vibration of a square column supported by a single degree of freedom and two degrees of freedom is simulated by using the dynamic grid method of udf vortex-induced vibration control program. The main contents of this paper are as follows: 1. In this paper, we first study the single degree of freedom elastic bracing column at 7.31 UL 15.23 (corresponding to the actual wind speed of 4.74 m / s / s = 9.87 m / s). Vortex-induced vibration in wind speed. The results of numerical simulation are in good agreement with the results of wind tunnel test by Kumar et al., which proves the reliability of the udf program and the rationality of the simulation method in this paper. During the numerical simulation, the phenomena of "lock", "beat" and "phase switch" are captured. At the same time, it is found that the transverse vibration of the structure changes the force intensity of transverse and upward flow. The frequency ratio is fstn, the mass ratio is Mn, and the combined mass-damping parameter My * 味 is the main parameter that affects the response of vortex-induced vibration. In this paper, the mass ratio is different. Vortex-induced vibration analysis of a square column with combined mass-damping parameters is carried out to study the effect of the changes of M ~ (2 +) and M ~ ((1)) * 味 on the amplitudes. Study on the starting mechanism of the phase switch. Firstly, the velocity field around the opposite column is analyzed, and it is found in this paper. The velocity of vibration flow around the vibration square column is related to the motion, which reduces the velocity difference in the transverse direction of the structure. And can change the wind speed value of "phase switch" start. 4. The two-degree-of-freedom vibration column in the flow field can be modeled, and the motion law of the two-degree-of-freedom vibration column in the state of transverse resonance and flow resonance respectively can be studied. Considering the effect of the flow direction vibration on the fluid force, the application conditions of vortex-induced vibration analysis by the single-degree-of-freedom system instead of the two-degree-of-freedom system are given.
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB123

【參考文獻】

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本文編號：1475650