方柱繞流渦激振動及控制方法的數(shù)值研究.pdf

1、近年來,超高層、超大跨度建筑不斷涌現(xiàn),結(jié)構(gòu)體與流體之間的流固耦合問題成為眾多學者的研究熱點。渦激振動是在實際工程領域中的常發(fā)現(xiàn)象,并會在不利條件下造成結(jié)構(gòu)坍塌,甚至引發(fā)災難性事故。因此,對渦激振動的流動機制及其流動控制方法研究的重要性可見一斑。本文通過計算流體力學方法,對層流狀態(tài)下雷諾數(shù)Re=200的彈性支撐方柱的渦激振動進行數(shù)值計算,并通過采用截面優(yōu)化的被動控制方法進行流動控制。
　　文中的流場計算使用了基于有限體積法的計算方法

2、,通過求解不可壓縮粘性流體Navier-Stokes方程獲得流場數(shù)據(jù);把柱體的振動模型簡化為彈簧-質(zhì)量-阻尼系統(tǒng),采用 Newmark-β方法求解柱體振動響應方程,實現(xiàn)了交替計算流場分布和結(jié)構(gòu)動態(tài)響應的流固耦合計算,從而對彈性方柱的渦激振動進行數(shù)值模擬。
　　本文研究了均勻來流下單自由度彈性固定方柱的渦激振動,選取頻率比范圍為 fn/fs=0.5~3.5。分析了方柱的升阻力系數(shù)、位移振幅等參數(shù)隨頻率比的變化情況以及尾渦模態(tài)特征,捕

3、捉到了“拍”“相位開關”等現(xiàn)象,并討論了不同質(zhì)量比對渦激振動的影響。研究結(jié)果表明:當頻率比較小時,出現(xiàn)馳振,方柱振幅很大;隨著頻率比的增大,振動由馳振轉(zhuǎn)為渦激振動,在渦脫落引起的共振區(qū)再次出現(xiàn)振動峰值;頻率比繼續(xù)增加,結(jié)構(gòu)剛度增大,位移振幅趨近于零,且升力、阻力系數(shù)的值接近靜止方柱繞流情況。質(zhì)量比大的方柱,得到的氣動力及流場特性變化規(guī)律與小質(zhì)量比相似,但結(jié)構(gòu)振動幅值更小。在不同頻率比下觀察到了多種渦脫落模態(tài),各種模態(tài)之前存在相互轉(zhuǎn)化。<