流體經(jīng)過管柱結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)發(fā)生漩渦脫落,使得結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生周期性的激勵(lì)力,導(dǎo)致彈性結(jié)構(gòu)發(fā)生周期性甚至更為復(fù)雜的振動(dòng)。多圓管排列結(jié)構(gòu)的流固耦合振動(dòng)問題越來越受國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。本文針對(duì)雙圓管結(jié)構(gòu),采用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和有限元仿真技術(shù),研究了均勻流場(chǎng)中彈性支撐管的振動(dòng)響應(yīng)與流速、水平距以及錯(cuò)位距的關(guān)系。具體研究內(nèi)容如下:（1）基于實(shí)驗(yàn)研究的方法和理論,建立了雙圓管結(jié)構(gòu)的流致振動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ�。其上游管兩端固�?可以認(rèn)為是剛性管;下游管兩端用彈簧支撐,可以在垂直于來流方向進(jìn)行振動(dòng)。（2）通過改變雙管之間的水平距L/D和錯(cuò)位距H/D,研究不同間距比對(duì)圓管結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的影響。結(jié)果表明,雙管結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)與單管振動(dòng)時(shí)的情況明顯不同。且不同排列方式（串列排布或交錯(cuò)排列）的圓柱也表現(xiàn)出不同的響應(yīng)特征。水平距L/D越小,上游管對(duì)下游管振動(dòng)的影響也越大,待研究管的臨界流速越小。錯(cuò)位距H/D=0.25時(shí),彈性管的起振流速最小,并且隨著H/D數(shù)值（兩圓管的錯(cuò)位距離）的增加,下游管的臨界流速越大,振動(dòng)幅值越小。（3）結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,采用有限元分析軟件,選擇合適的湍流模型,對(duì)橫向流作用下,串列雙圓管結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了雙向流固耦合計(jì)算,討論了... 

【文章來源】：西南交通大學(xué)四川省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

不同參數(shù)圓柱繞流的旋渦脫落現(xiàn)象隨著換熱器效率的提升以及設(shè)備的大型化發(fā)展，結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)失穩(wěn)與破壞的事故

圖 1-2 塔科馬海峽大橋在大風(fēng)中“舞動(dòng)”體誘發(fā)振動(dòng)問題不斷深入的研究，研究人員發(fā)現(xiàn)不僅在換熱器固耦合問題，而且在建筑工程中也存在一些不單單是以前人們質(zhì)上是流固耦合問題[17]。比較典型的案列是：1940 年建成不足被 8m/s 的大風(fēng)吹垮（如圖 1-2 所示），1964 年美國阿拉斯加大破壞從而造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失[18]。流體引發(fā)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)破壞人們不得不對(duì)這些潛在的安全隱患問題進(jìn)行大量研究[19]。和縱向流的作用下結(jié)構(gòu)都有可能發(fā)生振動(dòng)失穩(wěn)問題，橫向流是管的軸線相垂直，縱向流是指流體的運(yùn)動(dòng)方向和結(jié)構(gòu)的軸線相構(gòu)的影響比較明顯，即使很小的流速作用也有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的影響則相對(duì)較小[20]。從位置上可以分為：管內(nèi)流和管外流，管共存的環(huán)境中[21]。管柱相互之間的擾動(dòng)影響，管和固定擋板之力的突然變化而產(chǎn)生的小裂紋等原因可能對(duì)管柱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定造成生在核工業(yè)中，會(huì)導(dǎo)致放射性物質(zhì)泄漏的災(zāi)難性后果[22]。引發(fā)流速被稱為臨界流速[23]，當(dāng)外流速低于臨界流速時(shí)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

可以根據(jù)斯特勞哈爾數(shù)、雷諾數(shù)以及結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)計(jì)脫落頻率接近管柱結(jié)構(gòu)的自振頻譜時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生大振幅流抖振：渦激共振一般發(fā)生在來流速度相對(duì)較低的層流狀體會(huì)變?yōu)橄鄬?duì)較為復(fù)雜的湍流狀態(tài)[26]。湍流流體中的壓數(shù)都隨著時(shí)間的變化而發(fā)生改變，當(dāng)脈動(dòng)湍流的主頻率接近，結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。體彈性不穩(wěn)定性：當(dāng)流速超過其臨界流速并稍有增加時(shí)，不穩(wěn)定是由于湍流或者其他原因引起管柱在其原始位置改變，破壞相鄰管柱上力的平衡，使周圍管柱產(chǎn)生位移處增加，管道不斷從流體吸收能量，當(dāng)吸收能量大于管道消增大，使管道產(chǎn)生不穩(wěn)定的最小流速即為臨界流速[28]。高效，流體速度即使小于初始速度時(shí)仍會(huì)持續(xù)下去。已有研究振動(dòng)的原因可能是漩渦脫落或湍流抖振，而當(dāng)流速較大時(shí)流體彈性不穩(wěn)定性。這三種不同機(jī)理隨流速變化的曲線如

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
[1]基于RANS的圓柱渦激振動(dòng)數(shù)值模擬[D]. 楊志斌.天津大學(xué) 2016
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[3]考慮流固耦合的大位移柔性立管渦激振動(dòng)研究[D]. 顧恩凱.中國海洋大學(xué) 2012
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