發(fā)布時間：2017-08-13 14:35

  本文關(guān)鍵詞：不同截面形狀柱體流致振動特性實驗研究

  更多相關(guān)文章： 流致振動 截面形狀 柱體 風洞實驗 相位角

【摘要】：流體繞流柱體產(chǎn)生的旋渦脫落是一種普遍的自然現(xiàn)象,蘊涵著十分復雜的物理機理。流體繞流彈性支撐柱體時,交替脫落的旋渦會使柱體承受周期性脈動壓力,從而導致柱體產(chǎn)生振動,柱體振動又會影響柱體尾流旋渦形成與脫落模態(tài),這種流體與結(jié)構(gòu)物之間的相互作用稱為流致振動(Flow-induced motion,FIM)。在工程領(lǐng)域中,流致振動會使結(jié)構(gòu)持續(xù)振動而出現(xiàn)疲勞破壞,嚴重影響結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性與安全性。因此,研究和揭示流致振動復雜的物理機理具有十分重要的學術(shù)意義與應(yīng)用價值。不同截面形狀柱體尾流區(qū)域旋渦形成與脫落模式有所差異,使柱體所受升阻力發(fā)生變化,進而導致柱體流致振動響應(yīng)及尾渦脫落特性發(fā)生變化。為了研究不同截面形狀柱體的流致振動特性,本文針對彈性支撐的方柱、梯形柱和三角柱的流致振動特性進行了實驗研究,柱體運動方向垂直于來流方向。通過詳細分析方柱、梯形柱和三角柱振幅、振動頻率、尾渦脫落頻率以及相位差等響應(yīng),深入研究了柱體振動分支與振幅、頻率和相位差的關(guān)系,探索了流速、質(zhì)量比和阻尼比對柱體流致振動特性的影響,揭示了不同截面形狀柱體流致振動產(chǎn)生機理。本文主要結(jié)論如下:首先針對不同質(zhì)量比方柱進行流致振動實驗,研究了質(zhì)量比與阻尼比對方柱流致振動特性的影響。實驗發(fā)現(xiàn)質(zhì)量比與阻尼比對方柱流致振動響應(yīng)及其振動分支形式有著重要影響。在阻尼比較低時,低質(zhì)量比和高質(zhì)量比方柱在整個流速范圍內(nèi)均可觀察到了渦致振動初始分支、上部分支和下部分支三個分支,并且在下部分支還捕捉到了“拍”現(xiàn)象,中等質(zhì)量比方柱除了觀察到了初始分支、上部分支外,還觀察到了振幅較大的高振幅分支。隨著阻尼比增大,對于低質(zhì)量比與中等質(zhì)量比方柱流致振動,只觀察到了初始分支與高振幅分支,而高質(zhì)量比方柱振幅曲線觀察到了初始分支與上部分支兩個明顯的振動分支,沒有表現(xiàn)出高振幅分支。其次,本文針對梯形柱和三角柱進行流致振動風洞實驗,深入研究了阻尼比與流速對梯形柱和三角柱振幅、振動頻率、尾渦脫落頻率以及相位差的影響。實驗結(jié)果顯示,梯形柱與三角柱在整個測試風速范圍內(nèi)只觀察到渦致振動初始分支與下部分支。梯形柱振動頻率與尾渦脫落頻率都小于固有頻率,而且尾渦脫落頻率非常接近振動頻率;三角柱振動頻率和尾渦脫落頻率略小于固有頻率,在下部分支后半部分,三角柱尾渦脫落頻率大于振動頻率與固有頻率。對于梯形柱和三角柱,在下部分支并未出現(xiàn)“拍”現(xiàn)象。為了深入研究方柱、梯形柱和三角柱的流致振動特性,本文對不同截面柱體流致振動分支、振幅和相位差之間的關(guān)系進行分析,結(jié)果表明:當相位差小于90度時,方柱流致振動處于初始分支和上部分支,而梯形柱和三角柱流致振動處于初始分支;當相位差大于90度時,流致振動處于下部分支,此時尾渦脫落削弱柱體流致振動,使柱體振幅降低。風洞實驗還表明,與方柱、梯形柱和三角柱相比,相同特征尺寸的圓柱在所測試的風速范圍內(nèi)并沒有表現(xiàn)出明顯的振動響應(yīng),圓柱幾乎處于靜止狀態(tài),這表明相同流速范圍內(nèi),具有尖銳棱角的柱體容易發(fā)生流致振動現(xiàn)象。并且柱體棱角越尖銳,在較低風速下柱體流致振動越容易發(fā)生。
【關(guān)鍵詞】：流致振動 截面形狀 柱體 風洞實驗 相位角
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB53
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 主要符號表9-10
• 1 緒論10-22
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 流致振動研究現(xiàn)狀11-20
• 1.2.1 圓柱繞流及其流致振動11-15
• 1.2.2 方柱流致振動研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.3 其他截面形狀柱體流致振動17-19
• 1.2.4 流致振動能量收集研究19-20
• 1.3 本文研究內(nèi)容20-22
• 2 物理模型與實驗系統(tǒng)22-34
• 2.1 振動系統(tǒng)物理模型22-24
• 2.2 實驗系統(tǒng)24-26
• 2.3 儀器設(shè)備校準標定26-31
• 2.3.1 熱線風速儀標定26-28
• 2.3.2 激光位移傳感器標定28-30
• 2.3.3 畢托管，，微差壓傳感器標定30-31
• 2.4 自由衰減實驗31-34
• 3 方柱流致振動特性實驗研究34-54
• 3.1 引言34
• 3.2 振動分支描述34-37
• 3.3 方柱流致振動振幅及頻率響應(yīng)37-50
• 3.3.1 低質(zhì)量比方柱流致振動特性37-42
• 3.3.2 中等質(zhì)量比方柱流致振動42-46
• 3.3.3 高質(zhì)量比方柱流致振動46-50
• 3.4 相位角與流場分析50-51
• 3.5 本章小結(jié)51-54
• 4 梯形柱三角柱流致振動實驗研究54-66
• 4.1 引言54
• 4.2 梯形柱流致振動特性54-59
• 4.2.1 振幅響應(yīng)55-56
• 4.2.2 頻率響應(yīng)56-58
• 4.2.3 相位角與流場分析58-59
• 4.3 三角柱流致振動特性59-64
• 4.3.1 振幅響應(yīng)60
• 4.3.2 頻率響應(yīng)60-62
• 4.3.3 相位角與流場特性62-64
• 4.4 不同截面形狀柱體流致振動對比64-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 5 結(jié)論與展望66-70
• 5.1 本文主要結(jié)論66-67
• 5.2 本文創(chuàng)新點67
• 5.3 研究展望67-70
• 致謝70-72
• 參考文獻72-80
• 附錄80
• A. 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文目錄80
• B. 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的專利目錄80
• C. 作者在攻讀碩士學位期間參加的科研項目80

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 曹豐產(chǎn),項海帆;圓柱非定常繞流及渦致振動的數(shù)值計算[J];水動力學研究與進展(A輯);2001年01期

2 鄧見,任安祿,鄒建鋒;方柱繞流橫向馳振及渦致振動數(shù)值模擬[J];浙江大學學報(工學版);2005年04期

3 徐楓;歐進萍;;方柱非定常繞流與渦激振動的數(shù)值模擬[J];東南大學學報(自然科學版);2005年S1期

4 方平治;顧明;;高雷諾數(shù)條件下二維方柱渦激振動的數(shù)值模擬[J];同濟大學學報(自然科學版);2008年02期

5 方平治;顧明;談建國;;典型2維柱體渦激振動的數(shù)值模擬研究[J];同濟大學學報(自然科學版);2009年07期

6 徐楓;歐進萍;肖儀清;;不同截面形狀柱體流致振動的CFD數(shù)值模擬[J];工程力學;2009年04期

7 趙世海;;二維方柱渦致振動的數(shù)值模擬[J];科技信息(學術(shù)研究);2008年36期

8 張力;丁林;唐強;;分隔板偏角對圓柱受力和脫渦頻率的影響[J];工程熱物理學報;2011年10期

9 張力;丁林;;鈍體繞流的分隔板控制技術(shù)研究進展[J];力學進展;2011年04期

10 林琳;王言英;;不同湍流模型下圓柱渦激振動的計算比較[J];船舶力學;2013年10期

本文編號：667808