基于尾流振子模型對剛性圓柱體在橫流以及順流方向渦激振動耦合模型進行了研究。首先建立了橫流以及順流方向考慮結(jié)構(gòu)幾何非線性的結(jié)構(gòu)振子以及尾流振子模型,其次基于二階精度中心差分格式對模型進行先離散后迭代求解,再次通過與他人實驗結(jié)果進行對比驗證了該數(shù)值模型的可靠性,最后對不同質(zhì)量比、不同結(jié)構(gòu)阻尼比以及不同幾何非線性系數(shù)下圓柱體渦激振動響應(yīng)振動幅值以及振動軌跡進行了分析。分析結(jié)果表明:隨著質(zhì)量比的增大,橫流以及順流方向的振動幅值均呈下降趨勢,鎖定區(qū)間寬度逐漸變窄。隨著結(jié)構(gòu)阻尼比的增大,橫流以及順流方向的振動幅值同樣呈下降趨勢,而鎖定區(qū)間寬度逐漸變寬。隨著折合速度的增加,結(jié)構(gòu)振動軌跡依次出現(xiàn)斜"8"字形、"月牙"形以及正"8"字形。隨著幾何非線性系數(shù)的增加,橫流以及順流方向振動幅值從上分支進入低分支時的位移突降現(xiàn)象會變得越來越明顯。 

【文章來源】：振動與沖擊. 2020,39(11)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

均勻來流下剛性圓柱體二自由度渦激振動耦合模型

如圖2所示,假設(shè)結(jié)構(gòu)的振動速度V方向與流速U方向的夾角為θ,假設(shè)振動速度V與流速U比起來可看作是小量,可得到夾角θ也為小量。此時Fx以及Fy可表示如下F x = F - D +F D cosθ-F L sinθ≈ F - D +F D - F L U dY(Τ) dΤ , F y =F L cosθ+F D sinθ≈F L + F D U dY(Τ) dΤ ?????? ??? (11)

圖3給出了Stappenbelt等實驗方法以及本文尾流振子模型方法得到的CF以及IL方向的振動幅值。這里值得注意的是:由于本文數(shù)值模型得到的Ax/D包括兩部分,即平均拖曳力 F - D 引起的平均位移以及振蕩拖曳力FD引起的振蕩位移。因此,在后續(xù)分析中需要將 F - D 引起的平均位移加以消除,只留下FD引起的振蕩位移。由圖3可以看出:本文數(shù)值方法以及他人實驗方法得到的Ay/D以及Ax/D隨折合速度Ur的變化趨勢一致:隨著Ur的增加,振動幅值明顯增大,響應(yīng)區(qū)間從初始分支(initial branch)進入上分支(upper branch);隨后Ur的進一步增加,振動幅值出現(xiàn)突降,進入低分支(lower branch)。實驗方法以及本文數(shù)值方法得到的不同折合速度下Ay/D以及Ax/D的最大值均非常接近:Ay/D最大值均在1.5附近;Ax/D最大值均在0.25附近。且兩種方法得到的振動幅值最大值均出現(xiàn)在Ur=8.5附近�？傮w上來說,本文尾流振子模型方法的數(shù)值計算結(jié)果與Stappenbelt等的實驗結(jié)果吻合較好,從而驗證了本文數(shù)值模型的可靠性。3 分析與討論

【參考文獻】：
期刊論文
[1]圓柱體渦激振動的高階非線性振子模型研究[J]. 康莊,張橙,付森,徐祥.  振動與沖擊. 2018(18)
[2]帶螺旋側(cè)板立管兩向渦激振動的試驗研究[J]. 周陽,黃維平,楊斌,潘沖,宋澤坤.  振動與沖擊. 2018(17)
[3]柔性圓柱渦激振動流體力系數(shù)識別及其特性[J]. 徐萬海,馬燁璇,羅浩,欒英森.  力學學報. 2017(04)
[4]柔性立管渦激振動響應(yīng)軌跡特性研究[J]. 高云,劉黎明,付世曉,宗智,鄒麗.  船舶力學. 2017(05)
[5]傾斜流作用下柔性立管渦激振動的數(shù)值模擬[J]. 及春寧,邢國源,張力,許棟.  哈爾濱工程大學學報. 2018(02)
[6]剪切流下發(fā)生渦激振動的柔性立管阻力特性研究[J]. 宋磊建,付世曉,于大鵬,任鐵,張萌萌.  力學學報. 2016(02)
[7]高雷諾數(shù)下圓柱順流向和橫向渦激振動分析[J]. 唐友剛,樊娟娟,張杰,王麗元,桂龍.  振動與沖擊. 2013(13)
[8]采用改進尾流振子模型的柔性海洋立管的渦激振動響應(yīng)分析[J]. 陳偉民,張立武,李敏.  工程力學. 2010(05)
[9]采用新的結(jié)構(gòu)—尾流反作用力耦合模型分析圓柱結(jié)構(gòu)渦激共振[J]. 宋芳,林黎明,凌國燦.  水動力學研究與進展A輯. 2009(05)



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