包括涡激振动
包括涡激振动
一、侧力系数和作用在柱体上的气动力
图 4-3
单自由度驰振模型
1、基于准定常理论的分析
平均阻力和平均升力在y方向上邓哈托判别式：
四、横风向效应与顺风向效应的组合
假设结构任意高度处横风向的风效应用 RL ( z) 表示，而 顺风向的风效应用 RD ( z) 表示，则 z高度处最大风效应 表达如下：
注：这里，顺风向振动应按随机振动考虑， 风速取为与横风向相同的临界风速
五、涡激随机振动
5 6 1 10 Re 3.5 10 当雷诺数Re处于超临界范围( )时，结 构物背后的湍流尾流将引起横风向的随机振动，应按随机振 动的理论进行分析。 但这里最大的区别是应采用横风向的 脉动风速谱和对应的相干函数；
三、抖振 （强迫振动）
4.2 涡激振动
一、雷诺数
定义：惯性力与粘性力之比
Re vD
6.9 104 vD
卡门涡列
二、斯超海尔数和锁定现象
前述尾流现象最显著的规律性是由斯超海尔 （Strouhal)最先提出的
锁定现象
三、 圆柱体结构的涡激共振力
1. 临界风速
2. 共振区高度
3. 横风向共振风振力 运动方程：
第四章 结构横风向风振
主要讨论工程结构中易于遇到且机 理相对清楚的横风向风振内容，包括涡 激振动（Vortex-induced vibration)、驰 振（Galloping)、颤振（Flutter)及抖振 （Buffeting)
4.1 主要横风向风振机理分析
一、涡激振动
二、驰振、颤振 （自激振动）
4.3 横风向驰振
上一节所述的涡激振动是在结构物背后由交替的旋 涡脱落产生的，可以认为是一种稳定的振动，其激发能 量在一个特殊的频率处有一个确定的值。本节所讨论的 横风向驰振对特殊截面形状的细长结构物具有典型的不 稳定性，其截面形状如矩形、D字形或—些裹冰输电线的 有效截面形状．这些结构在垂直于气流方向上会表现出 大幅度的振动，振幅可达1—10倍以上横风向截面尺寸， 其振动频率远低于相同截面的旋涡脱落频率。 驰振是—种失稳式振动，驰振一旦发生，便成为剧 烈的振动，有导致结构破坏的危险性；
涡激振动的力学原理
涡激振动的力学原理涡激振动是指在流体中发生的一种特殊的振动现象，它的产生是由于流体中涡旋的运动引起的。
涡激振动在工程领域中经常出现，对结构和设备的振动响应、疲劳寿命和安全性能等产生重要影响。
因此，深入理解涡激振动的力学原理对于工程设计和结构疲劳分析具有重要的意义。
涡激振动的力学原理可以从流体动力学的角度进行解释和理解。
在流体中，涡旋是流体的高速旋转区域，其附近压力较低，速度较高。
涡旋的大小和形状取决于流体流动的速度、粘度和直径等因素。
在流体中存在涡旋时，流体会在涡旋周围产生压力和摩擦力。
当涡旋的大小和形状发生变化时，压力和摩擦力的作用会导致结构和设备发生振动。
涡激振动的产生原因主要有两方面：一是涡旋大小和形状的变化引起的压力和摩擦力的变化；二是涡旋与结构或设备之间的相互作用。
首先，涡旋大小和形状的变化会引起压力和摩擦力的变化。
涡旋的变化可以通过两种方式进行，即由于流体速度的变化或由于流体粘度和直径的变化。
当流体速度增大或减小时，涡旋的大小和形状也会相应变化。
在涡旋附近，流体速度的变化会引起压力和摩擦力的变化，从而导致结构和设备发生振动。
其次，涡旋与结构或设备之间的相互作用也会引起振动。
当涡旋与结构或设备相互作用时，会产生压力和摩擦力，从而使结构或设备发生振动。
涡激振动的产生与涡旋的频率、幅值和方向等相关，而这些因素又与流体速度、涡旋的大小和形状等因素密切相关。
涡激振动的发生在许多工程实践中都有所体现，例如，在桥梁、建筑物和石油平台的设计中，涡激振动会导致结构的疲劳破坏和振动响应增加，从而影响结构的安全性能和使用寿命。
因此，在工程设计和结构疲劳分析中，需要考虑涡激振动的力学原理，以减小涡激振动对结构和设备的影响。
综上所述，涡激振动是由于流体中涡旋的运动引起的一种特殊的振动现象。
其产生是由于涡旋大小和形状的变化引起的压力和摩擦力变化，以及涡旋与结构或设备之间的相互作用所导致的。
深入理解涡激振动的力学原理对于工程设计和结构疲劳分析具有重要的意义。
混流式水轮机的水力振动与噪声控制技术
混流式水轮机的水力振动与噪声控制技术水力发电是一种可再生能源的重要形式，而混流式水轮机作为常见的水力发电设备之一，在能量转换过程中存在一定的水力振动和噪声问题。
为了提高混流式水轮机的运行效率和减少对环境的影响，研究和应用水力振动与噪声控制技术变得越来越重要。
一、混流式水轮机水力振动的影响机制混流式水轮机的水力振动主要受到以下几个因素的影响：1. 换能机理当水流通过叶轮时，由于水流的不连续性和旋转叶片的切割作用，会在叶片表面产生剪切力和压力梯度。
这些力的变化会导致叶片发生振动，进而引起整个水轮机结构的振动。
2. 涡激振动涡激振动是混流式水轮机常见的水力振动方式之一。
涡激振动的形成是因为在叶轮旋转过程中，由于水流经过叶片和尾水槽之间的空隙，会形成涡旋。
这些涡旋与叶轮频率相互作用，产生激励力，引起水轮机结构振动。
二、混流式水轮机水力振动与噪声控制技术为了减小混流式水轮机的水力振动和噪声，研究人员提出了多种控制技术，包括主动控制、被动控制和减振设计等。
1. 主动控制技术主动控制技术是通过在水轮机叶片或尾水槽上设置振动传感器和执行器，采用控制算法对叶片进行主动振动控制。
主动控制可以根据叶轮运行状态实时调整叶片的振动状态，以减小水轮机的水力振动和噪声。
2. 被动控制技术被动控制技术主要包括结构改进和降噪材料的应用。
通过改进水轮机的结构设计，如优化叶轮形状、改变叶片厚度等，可以减小水力振动的产生。
此外，利用降噪材料对叶轮表面进行包覆，可以有效吸收振动能量，降低水轮机的噪声。
3. 减振设计技术减振设计技术是通过在水力发电系统中引入减振装置来降低水力振动和噪声。
常见的减振装置包括减振支座、减振吸振器、液力振动减振器等。
这些减振装置可以消除或减小水轮机的共振现象，从而降低水力振动和噪声。
三、混流式水轮机水力振动与噪声的控制案例在实际应用中，研究人员已经成功应用水力振动与噪声控制技术来改善混流式水轮机的运行效率和减少对环境的影响。
第八讲 涡激振动问题
4πmϕξ − canlan, 1985)
特点: 非线性振动, 试验结果准确, 大量工程应用
2.4 通用经验非线性模型
( ) ( ) m &y& + 2ξω1 y& + ω12 y = μfCa 1 − ε η 2υ η& ( ) ( ) m &y& + 2ξω1 y& + ω12 y = μfCa 1− ε η 2 η& (υ = 1)
∫ Mi =
h 0
m(z
)φi2
(z
)dz
(广义质量);
Ki = (2πfi )2 M i
(广义刚度)
Ci = 4πM i fiξi (模态阻尼);
Qi
(t
)
=
∫h 0
w(z,
t
)φi
(z
)dz
(广义荷载)
z(3) 涡激响应
∫ ∫ σ 2 ai
∞
= Sai ( f
0
)df
=
1
K
2 i
∞ 0
Hi ( f ) 2 SQi ( f )df
&y& D
+
2ξω1
y& D
+ ω12
y D
=
ρU 2
2m
CL
C&&L + a1C&L + a2C&L3 + a3CL = a4 y&
(Scruton, 1963) (R. T. Hartlen et al. ,1968)
特点: 公式简单，实验量大，应用不多
2.2 经验线性模型
风对结构的作用及抗风防护措施
风对结构的作用及抗风防护措施刘宏睿摘要：风灾害是发生频繁的自然灾害．每年会给人类造成重大的生命和财产损失。
工程结构的风灾损失主要形式是结构的开裂、损坏和倒塌。
因此．工程抗风设计计算是工程安全的关键，本文研究了风的特性、风对结构的作用、风设计的主要内容和方法、防风减灾措施。
关键词：风灾；工程结构；抗风设计；防灾措施；一．引言风灾是自然灾害中影响最大的一种。
据有资料显示,从1947～1980年全球十种主要自然灾害中,由台风造成的死亡人数为4919万,占全球自然灾害死亡总人数的41%，比地震造成的死亡人数还多。
1970年11月12～13日袭击孟加拉的一个台风(当地称风暴),死亡人数达30万。
1973年9月14日,7314台风登陆海南岛时风速达60米每秒,使琼海县城夷为废墟。
1992年8月24日安德鲁飓风登陆美国佛罗里达,经济损失高达300亿美元。
2007年10月台风罗莎造成福建省42．91万人受灾，房屋倒塌130间，直接经济损失4.6亿元。
2007年11月孟加拉遭强热带风暴袭击至少1108人死亡，数千人受伤或失踪，数十万人无家可归。
对于工程结构，风灾主要引起结构的开裂、损坏和倒塌，特别是高、细、长的柔性结构。
因此，工程结构的抗风设计是关系到工程安全的重要因素。
本文结合我国有关工程抗风设计的规范，介绍了风对工程结构的作用、抗风设计的主要研究内容和方法和防风减灾措施。
二．风风的形成乃是空气流动的结果，是空气相对于地面的运动。
地球上任何地方都在吸收太阳的热量，但是由于地面每个部位受热的不均匀性，空气的冷暖程度就不一样，于是，暖空气膨胀变轻后上升；冷空气冷却变重后下降，这样冷暖空气便产生流动，形成了风。
1.风形成的原因在气象上，风常指空气的水平运动，并用风向、风速(或风力)来表示。
空气产生运动，主要是由于地球上各纬度所接受的太阳辐射强度不同而形成的。
在赤道和低纬度地区，太阳高度角大，日照时间长，太阳辐射强度强，地面和大气接受的热量多、温度较高；在高纬度地区太阳高度角小，日照时间短，地面和大气接受的热量小，温度低。
涡激振动
（然而他们目前还在融资阶 段，所以这些数字都不能尽 信。） 当然从单机效率上势必也要 低于传统叶片驱动式风机， 不过因为少了叶片，使得此 类风机可以布置的更加密集， 也算是一种补偿。如此，避 之不及的涡激振动现象，就 变成了生产力，岂ห้องสมุดไป่ตู้“反者 道之动，弱者道之用”乎。
研究方法
目前，主要的研究方法有三种：
实验方法 数值方法 半经验公式
研究方法
实验方法 泻涡脱落引发的涡激振动是一个多物理场祸合， 相互作用的复杂过程。需要具有一套完整物理实 验方案和精密的实验仪器可以把所有的涡激振动 相关机型同步观测，以测定其联合效应。物理实 验往往很难同时提供流体的瞬时变化数据。
研究方法
数值方法 振动问题。对于数值模拟方法，按照所使用湍流 模型的不同，可以将涡激振动的数值模拟方法分 为:直接数值模拟方法，雷诺平均N-S方程法，大 涡模拟法，涡元法，还有基于上述各种方法的综 合。按照模拟方式的不同又可以分为基于弹性支 撑的刚体二维模拟，基于弹性体二维涡元模拟和 三维结构插值积分的离散涡元法模拟，以及对于 弹性体完全使用三维模型的全流域模拟等等。
这座桥叫塔科马海峡吊桥 （Tacoma Narrows Bridge），非 常有名，它有名是因为它塌了。 塌的原因就是那天的风很邪乎， 吹出来的泄涡频率跟桥的结构频 率正好差不多，共振，毁了。 所以这个涡激振动，是个重点防 范对象。 所以很多长期树大招风的细长物 件，其表面都不是光滑的。都有 螺旋状的肋条结构，其目的是打 乱漩涡脱落的周期规律——阻止 涡街的形成。只要没有特定的频 率，就不会产生共振，常态下的 侧向力还是可以接受的
塔 形 建 筑
钻井平台的基座
海底缆绳
涡激振动、驰振条件
涡激振动、驰振条件
涡激振动和驰振是流体中的两种不同振动现象。
涡激振动是指在流体中存在着一个涡旋，当涡旋与某个物体接触时，会产生一种周期性的力，从而使物体发生振动。
而驰振则是指在流体中存在着一种固有频率的振动，当流体受到外界激励时，会被迫振动，从而产生一种类似共振的效应。
涡激振动和驰振都需要满足一定的条件才能发生。
涡激振动是需要存在着一个涡旋，并且物体必须与涡旋的流场相互作用。
在涡旋的边界层中，流速的变化会导致压力的变化，从而产生一种周期性的力，从而使物体振动。
而驰振则需要有一个固有频率的振动系统，并且受到外界激励的频率必须与振动系统的固有频率相一致。
当外界激励的频率与振动系统的固有频率相同或接近时，就会产生共振效应，从而使振动幅度不断增大。
涡激振动和驰振在工程实践中都具有重要的应用。
涡激振动常常会对机械设备和管道系统产生破坏，因此需要进行预测和控制。
而驰振则在风力发电机、桥梁、建筑物等结构中经常出现，需要进行合理的设计和控制，以避免结构的破坏和损坏。
因此，了解涡激振动和驰振的条件和特点，对于实际工程应用具有重要的意义。
- 1 -。
涡激振动产生的原因
涡激振动产生的原因
涡激振动是机械系统中一种常见的不稳定振动现象，其主要表现为气
体或液体流动中的旋涡结构在流场中传播并引发结构振动的现象。
涡激振
动的产生原因可以归结为以下几个方面：
1.流体动力学不稳定性：在流体通过一些几何形状结构时，由于流体
速度和压力的变化，会在后方形成旋涡。
在一些特定条件下，这些旋涡的
频率与结构的固有频率相近，从而引发结构自身的振动。
这种不稳定性主
要与流体的速度分布、流体密度、黏度等因素有关。
2.速度梯度：速度梯度是流体中速度变化的强度，其大小与流体粘度
有关。
在速度梯度较大的区域，会出现速度变化剧烈的现象，从而形成旋
涡结构。
当这些旋涡结构与结构的固有频率相近时，就会引发结构的振动。
3.后向层流现象：在一些流动条件下，流体在通过一些几何形状结构后，会从后方形成层流现象。
这种层流会导致流体速度的突然下降和压力
的突然增加，从而形成旋涡结构。
当这些旋涡结构接触到结构表面时，会
引发结构振动。
4.涡脱落：在流体通过几何形状结构时，由于流体黏度的存在，旋涡
结构可能会附着在结构表面，并沿着结构表面移动。
当旋涡结构与结构固
有频率相近时，就会引发结构的振动。
而当旋涡结构在一些条件下脱离结
构表面时，也会引发结构的振动。
总之，涡激振动的产生主要是由于流体动力学的复杂性和不稳定性导
致的。
涡旋结构的形成和传播，以及与结构固有频率的耦合，都会引发结
构的振动。
因此，在设计和控制机械系统时，需要充分考虑流体动力学的
特性，以减小涡激振动对系统的影响。
流致振动原因
流致振动原因流致振动，也被称为涡激振动，是一种机械系统中常见的不稳定振动现象。
当流体通过某一结构或设备时，由于流体与结构的相互作用，会引起结构的振动，从而产生流致振动。
本文将通过对流致振动的原因进行深入剖析，并提供对这一现象的观点和理解。
1. 流体激励流体激励是引起流致振动的主要原因之一。
当流体通过结构时，会在结构表面产生压力波动，这些波动会作用在结构上，引起结构产生振动。
流体激励的强度和频率取决于流体的速度、密度和粘度等参数，以及结构的几何形状和表面特性等因素。
2. 自激共振自激共振是流致振动的另一个重要原因。
当结构的固有振动频率与流体激励频率接近时，就会发生自激共振现象。
在这种情况下，流体激励与结构的振动相互放大，并形成不稳定的振动模式。
自激共振的产生需要满足一定的共振条件，包括结构的固有频率、流体激励频率和结构的阻尼等因素。
3. 气动力失稳气动力失稳是导致流致振动的另一个重要机理。
当流体通过结构时，会产生气动力作用在结构表面上。
由于流动的非线性特性和结构的非线性耦合效应，气动力可能会发生失稳，从而引起结构的振动。
气动力失稳的发生主要取决于流体的速度、密度和粘度等参数，以及结构表面的形状和光滑度等因素。
4. 涡激共振涡激共振是流致振动的一种特殊形式，通常发生在边界层或尾迹处。
当流体通过结构时，会在结构背后形成涡流，这些涡流会作用在结构上，产生振动。
涡激共振的发生需要满足一定的共振条件，包括涡流的频率、结构的固有频率和流体的速度等因素。
流致振动的原因主要包括流体激励、自激共振、气动力失稳和涡激共振等。
这些原因之间相互关联，共同作用，导致结构产生不稳定的振动。
了解流致振动的原因有助于我们对振动现象的预测和控制，从而提高结构的稳定性和可靠性。
对于流致振动这一现象，我认为需要重视振动控制的手段和方法。
通过对流体运动的控制，可以减小或消除流体激励，从而降低流致振动的强度和影响。
结构的优化设计和材料的选择也是减小流致振动的重要手段。
涡激振动专业知识
研究措施
• 数值措施 振动问题。对于数值模拟措施，按照所使用湍流 模型旳不同，能够将涡激振动旳数值模拟措施分 为:直接数值模拟措施，雷诺平均N-S方程法，大 涡模拟法，涡元法，还有基于上述多种措施旳综 合。按照模拟方式旳不同又能够分为基于弹性支 撑旳刚体二维模拟，基于弹性体二维涡元模拟和 三维构造插值积分旳离散涡元法模拟，以及对于 弹性体完全使用三维模型旳全流域模拟等等。
研究措施
目前，主要旳研究措施有三种： • 试验措施 • 数值措施 • 半经验公式
研究措施
• 试验措施 泻涡脱落引起旳涡激振动是一种多物理场祸合， 相互作用旳复杂过程。需要具有一套完整物理试 验方案和精密旳试验仪器能够把全部旳涡激振动 有关机型同步观察，以测定其联合效应。物理试 验往往极难同步提供流体旳瞬时变化数据。
研究施
• 半经验措施 半经验公式主要有尾流阵子，单自由度模型，流 体力组分模型。
研究措施
流固耦合数值计算软件
• Ansys+CFX • Fluent+Abaqus • Adina • COMSOL Multiphysics(FEMLAB)
涡激振动概述
在处理涡激振动问题时，把流体和固体弹性系统 作为一种统一旳动力系统加以考虑，并找到两者 旳耦合条件，是处理这个问题旳主要关键。在涡 激振动过程中，流体旳动压力是一种作用于弹性 系统旳外加载荷，动压力旳大小取决于弹性系统 振动旳位移、速度和加速度;另一方面，流体动压 力旳作用又会变化弹性系统振动旳位移、速度和 加速度。这种相互作用旳物理性质体现为流体对 于弹性系统在惯性、阻尼和弹性诸方面旳耦合现 象。
涡激振动概述
由惯性耦合产生附连质量，在有流速场存在旳条 件下，由阻尼耦合产生附连阻尼，由弹性耦合产 生附连刚度。流体旳附连质量、阻尼和刚度取决 于流场旳流动特征参量（诸如流速、水深、流量 等）、边界条件以及弹性系统旳特征，其关系式 相当复杂。用试验或理论措施求出这些附连旳量， 是水弹性问题研究中旳主要课题。
振动分为共振、涡振、颤振、抖振、喘振、驰振、涡街分得清吗
振动分为共振、涡振、颤振、抖振、喘振、驰振、涡街，分得清吗？01PART共振系统受外界激励，作强迫振动时，若外界激励的频率接近于系统频率，强迫振动的振幅可能达到非常大的值，这种现象叫做共振。
一个系统有无数个固有频率，我们常研究低范围的系统频率。
共振是物理学上，一个运用频率非常高的专业术语。
共振的定义是两个振动频率相同的物体，当一个发生振动时，引起另一个物体振动的现象。
共振在力学中亦称“共鸣”，它指的是物体因共振而发声的现象，如两个频率相同的音叉靠近，其中一个振动发声时，另一个也会发声。
共振的英语是resonance，谐振与共振是同一个意思。
02PART涡振涡振是指在平均风作用下，有绕流实腹断面后交替脱落的涡旋引起的振动。
桥梁涡振研究是空气动力学的一个分支学科。
桥梁涡振是一种兼有自激振动和强迫振动特性的有限振幅振动，它在一个相当大的风速范围内，可保持涡激频率不变，产生一种“锁定”(lock-on) 现象。
桥梁涡激共振的有限振幅计算是一个十分重要但又异常困难的问题，目前国内外还没有形成一套比较完整的桥梁涡振分析理论。
实用上，采用一种半理论半实验的方法，以近似地估算涡激共振的振幅。
涡振的英语是vortex-induced oscillation。
03PART颤振颤振指的是在气动力的作用下，由于结构本身具有弹性和惯性，流动与结构互相耦合作用而发生的一种自激振动现象。
抖振通常指的是由于流动本身存在分离、激波附面层干扰等非定常特性，导致加载在弹性结构上的气动力呈现周期性而造成的结构强迫响应。
也就是说在传统定义下，经典颤振是一种自激振动。
除此之外，还有大攻角下的失速颤振现象，有的学者认为这类存在强分离条件的结构振动是颤振与抖振共存的。
颤振的英语是flutter。
04PART抖振抖振在飞机中是指，在分离气流或尾流激励下发生的飞机部件按结构自然频率的振动。
抖振的最主要例子是飞机的尾翼抖振。
当尾翼处于机翼、机翼——机身接合部或其他部件的尾流中时，尾流中的扰动迫使尾翼作强烈的振动。
涡激振动原理
涡激振动原理
涡激振动是一种可以在结构体系中产生高频振动的效应。
它的原
理是通过流体流动中的涡旋和剪切层的相互作用，在谐振频率下产生
高频振动。
此外，涡激振动也可以通过改变流体流动特性来实现振动
控制。
涡激振动的应用十分广泛。
它可以被应用于航空航天、汽车、建筑、机器人、医疗设备等领域，用于传感、控制、减震等方面，其效
果显著。
涡激振动的基本原理是流体流动中的涡旋和剪切层的相互作用。
在流体流动过程中，当流动速度超过某个临界速度时，就会形成涡旋
和剪切层。
当交替的涡旋和剪切层与结构物表面相互作用时，将会产
生结构物的振动。
这种振动是一种喇叭形式的振动模式，且频率很高。
涡激振动可以通过改变流体流动特性来实现振动控制。
例如，在
飞机的机翼表面上安装一些小孔，通过控制这些小孔中出流的气体量
来改变机翼表面的气流压力分布，从而实现对机翼的流动控制，减少
空气动力噪声和减小机翼龙骨振动。
涡激振动对于结构控制也有重要的作用。
通过在结构物表面安装
一些定向的几何特征，如槽、凸起、网状等，可以在流体流经这些几
何特征时产生增大的流阻和激励作用，从而实现结构物的控制。
例如，在桥梁、大型建筑物等结构物的表面铺设一些特殊的材料，可以在风
中产生涡激振动，从而使结构物得到有效的降振控制。
总之，涡激振动对于现代工业、生产以及科研发展有重要的意义，它将在未来更广泛的应用于许多领域，产生巨大的经济效益和社会效益。
涡激振动
A
1
风的振动
按响应的性质来看
抖振 涡激振动 自激振动
驰振 颤振
A
2
李白今天心情不爽，掏出随身携带 的管制刀具砍水，砍完之后还是不 爽，把刀往水里一插，开始思考人 生。
然后机智的李白发现，刀插进水里， 水流不仅没有放缓，反而更加湍急 了，于是他写下了“抽刀断水水更 流”。
A
3
这是一个钝体绕流问题。如上图，在边缘（刀刃）处水拐 不了那么大弯继续向前，并且由于受到压缩速度变快了， 这就与钝体下游原本的流场形成了剪切层（shear layer）。
剪切层是不稳定的，当惯性力远大于粘性力/表面张力/地 球引力时，剪切层即崩坏形成漩涡。这样的作用下，水流 显得更加湍急闹心了。如果流速够快，或者李白大侠内力 够强御剑划水的话，或许还能够看到涡街（vortex street） 现象。
A
4
当漩涡脱离固体的时候，由于非对称性，固体将受到侧向力。涡街 是有规律的周期性现象，也就是说漩涡的形成和这个侧向力的作用， 是具有一定频率的。而固体结构本身也有自然频率，当这两个频率 接近时即发生共振（resonance）。
A
14
研究方法
半经验方法 半经验公式主要有尾流阵子，单自由度模型，流 体力组分模型。
A
15
A
16
研究方法
流固耦合数值计算软件
Ansys+CFX Fluent+Abaqus Adina
通过以上方法进行研究，我们基 本就可以做到“最摇摆”了 O(∩_∩)O~~
COMSOL Multiphysics(FEMLAB)
类风机可以布置的更加密集，
也算是一种补偿。如Biblioteka ，避之不及的涡激振动现象，就
涡激振动
涡激振动
内容
从流体的角度来分析，任何非流线型物体， 从流体的角度来分析，任何非流线型物体，在一 定的恒定流速下， 定的恒定流速下，都会在物体两侧交替地产生脱 离结构物表面的旋涡。 离结构物表面的旋涡。对于海洋工程上普遍采用 的圆柱形断面结构物， 的圆柱形断面结构物，这种交替发放的泻涡又会 在柱体上生成顺流向及横流向周期性变化的脉动 压力。如果此时柱体是弹性支撑的， 压力。如果此时柱体是弹性支撑的，或者柔性管 体允许发生弹性变形， 体允许发生弹性变形，那么脉动流体力将引发柱 管体)的周期性振动 体(管体 的周期性振动，这种规律性的柱状体振 管体 的周期性振动， 动反过来又会改变其尾流的泻涡发放形态。 动反过来又会改变其尾流的泻涡发放形态。这种 流体一结构物相互作用的问题被称作“ 流体一结构物相互作用的问题被称作“涡激振 动”。
研究方法
• 半经验方法 半经验公式主要有尾流阵子，单自由度模型， 半经验公式主要有尾流阵子，单自由度模型，流 体力组分模型。 体力组分模型。
研究方法
流固耦合数值计算软件 • • • • Ansys+CFX Fluent+Abaqus Adina COMSOL Multiphysics(FEMLAB)
涡激振动概述
由惯性耦合产生附连质量， 由惯性耦合产生附连质量，在有流速场存在的条 件下，由阻尼耦合产生附连阻尼， 件下，由阻尼耦合产生附连阻尼，由弹性耦合产 生附连刚度。流体的附连质量、 生附连刚度。流体的附连质量、阻尼和刚度取决 于流场的流动特征参量（诸如流速、水深、 于流场的流动特征参量（诸如流速、水深、流量 ）、边界条件以及弹性系统的特性 边界条件以及弹性系统的特性， 等）、边界条件以及弹性系统的特性，其关系式 相当复杂。用实验或理论方法求出这些附连的量， 相当复杂。用实验或理论方法求出这些附连的量， 是水弹性问题研究中的重要课题。 是水弹性问题研究中的重要课题。
涡激振动 PPT
当漩涡脱离固体的时候，由于非对称性，固体将受到侧向力。涡街 是有规律的周期性现象，也就是说漩涡的形成和这个侧向力的作用， 是具有一定频率的。而固体结构本身也有自然频率，当这两个频率 接近时即发生共振（resonance）。
固体在流体漩涡作用下而产生的振动，称为涡激振动（Vortex Induced Vibration），简称VIV
涡激振动的概念
从流体的角度来分析，任何非流线型物体，在一定的恒定流 速下，都会在物体两侧交替地产生脱离结构物表面的旋涡。 对于海洋工程上普遍采用的圆柱形断面结构物，这种交替发 放的泻涡又会在柱体上生成顺流向及横流向周期性变化的脉 动压力。如果此时柱体是弹性支撑的，或者柔性管体允许发 生弹性变形，那么脉动流体力将引发柱体(管体)的周期性振 动，这种规律性的柱状体振动反过来又会改变其尾流的泻涡 发放形态。这种流体一结构物相互作用的问题被称作“涡激 振动”。
就是便宜。因为最贵最麻烦的传动系统没有了，而且传动
系统也是最容易坏最需要维护的部件。能量的来源就是漩
涡产生的振动机械能，再通过底座的转换器变为电能。根
据其官网数据，可以节省近半甚至更高的成本
（然而他们目前还在融资阶
段，所以这些数字都不能尽
信。）
当然从单机效率上势必也要
低于传统叶片驱动式风机，
不过因为少了叶片，使得此
类风机可以布置的更加密集，
也算是一种补偿。如此，避
之不及的涡激振动现象，就
变成了生产力，岂非“反者
流致振动机理
流致振动机理
流致振动是一种由流体运动所引起的振动现象，其机理主要涉及流体力学和结构力学两方面。
在流体运动过程中，由于流速分布不均匀以及流体粘性、惯性等因素的作用，会在流体周围产生压力、剪切力等力学效应，从而引起结构物表面的振动。
这种振动不仅会对结构物本身产生影响，还可能引起周围环境的干扰。
从流体力学角度来看，流致振动的机理包括卡门涡街、涡激振动、尾迹扰动等。
其中，卡门涡街是指当流体通过一定几何形状的结构物时，由于流动分离和重新聚合的作用，会形成一系列交替旋转的涡旋，从而引起结构物表面的周期性压力变化，产生振动。
涡激振动则是指当流体通过结构物的尾迹处时，由于惯性作用和流动扰动的相互作用，会形成涡层结构，从而引起结构物的振动。
尾迹扰动是指当流体通过结构物之后留下的不稳定流动，会对周围环境产生扰动，从而引起振动。
从结构力学角度来看，流致振动的机理包括共振、薄膜振动、自激振动等。
其中，共振是指当结构物的固有振动频率与流体运动频率相等或接近时，会引起共振现象，从而增加振动幅度。
薄膜振动则是指当结构物表面存在一定的柔性和薄膜特性时，由于流体的剪切力作用，会引起表面的弯曲和振动。
自激振动是指当结构物表面存在不规则的几何形状或缺陷时，会产生一些局部的高速流动，从而引起结构物的自激振动现象。
总之，流致振动涉及多方面的机理和影响因素，对于结构物设计
和工程应用具有重要的意义。
风电塔筒的涡激振动原理
风电塔筒的涡激振动原理
风电塔筒的涡激振动是指风塔在风场中受到气流激励而发生的振动现象。
其原理主要涉及两个方面：涡激激励和结构响应。
第一，涡激激励：当气流经过风电塔筒时，会产生旋转的涡旋，这些涡旋会与塔筒表面发生摩擦作用，产生压力波和涡脱落现象。
这些涡脱落对塔筒表面施加周期性激励，从而引起塔筒产生涡激振动。
第二，结构响应：塔筒作为一个柱形结构，会对涡激激励做出相应的振动响应。
当涡脱落周期与塔筒的固有振动周期相匹配时，会引起共振现象，使得塔筒产生较大的振幅。
此外，塔筒结构的刚度、阻尼等因素也会影响其振动响应。
总的来说，风电塔筒的涡激振动是由于气流与塔筒表面的摩擦作用产生的涡激激励引起的，再通过塔筒结构的响应而产生振动。
这种振动会对风电塔的稳定性和安全性产生影响，因此需要在设计和施工中进行相应的抗风振措施。
某型直升机进气风扇振动校验浅析
某型直升机进气风扇振动校验浅析一、振动原理进气风扇作为直升机传动系统的核心部件之一，其振动问题主要来自于以下几个方面：1. 不平衡质量：进气风扇在制造和装配过程中很难完全避免不平衡质量的存在，不平衡质量会导致转子旋转时产生离心力，进而产生不同频率的振动。
2. 磨损和松动：长时间运行后，进气风扇的零部件会出现磨损和松动现象，导致旋转不平稳，从而产生振动。
3. 涡激振动：当进气风扇旋转时，叶片与空气的相互作用会产生气动力，导致叶片产生不规则的涡激振动。
二、校验方法针对进气风扇的振动问题，通常采用以下几种校验方法：1. 动平衡试验：在制造和装配阶段，通过对进气风扇进行动平衡试验，检测不平衡质量并采取适当的补偿措施，以确保进气风扇的平衡性能。
2. 振动传感器监测：在直升机运行过程中，通过安装振动传感器来监测进气风扇的振动情况，及时发现异常振动并进行分析和处理。
3. 模态分析：利用模态分析技术，对进气风扇的结构和振动特性进行研究，找出振动的频率和模态，并通过改进设计和结构来减小振动。
4. 振动试验台验证：利用振动试验台对进气风扇进行振动验证，测试其振动响应特性，以确定振动控制措施的有效性。
三、振动控制措施为了有效控制进气风扇的振动问题，需要采取以下一些措施：1. 设计优化：通过改进进气风扇的结构设计和制造工艺，减小不平衡质量和阻尼松动，降低振动的产生。
3. 加装补偿器：在进气风扇设计中加装一些振动补偿器，通过主动调整来抵消振动，减小其对系统的影响。
4. 振动控制改进：通过改进对振动频率和振动模态的控制，采取有效的振动控制措施来减小风扇振动问题。
通过以上措施的综合应用，可以有效控制进气风扇的振动问题，提高直升机的性能和安全性。
某型直升机进气风扇振动校验是一个相当复杂且重要的工作，这对于提高直升机的性能和安全性具有非常重要的意义。
通过本文的浅析，相信能够为相关工程师提供一些参考和借鉴，帮助他们更好地解决并控制进气风扇的振动问题。
涡激共振和卡门涡街、弛振
涡激共振和卡门涡街、弛振涡激共振、卡门涡街和弛振是涉及流体力学领域的三个重要现象。
本文将分别介绍这三个现象的基本原理和应用。
涡激共振是指在流体中存在的一种特殊的共振现象。
当某个物体在流体中产生涡旋时，如果该涡旋的频率与流体的固有频率相匹配，就会发生涡激共振现象。
这时，流体会对物体施加周期性的激励力，使物体振动幅度增大。
涡激共振现象在工程中具有重要的应用，例如在桥梁、建筑物等结构的设计中，需要考虑到涡激共振对结构的影响，以避免结构的疲劳破坏。
卡门涡街是指当流体在通过一个圆柱体等物体时，会形成一系列相互交替的涡旋。
这种交替出现的涡旋现象就是卡门涡街。
卡门涡街现象在自然界和工程中都普遍存在，例如在河流、海洋中，船舶行驶时，风吹过建筑物等情况下都会出现卡门涡街。
卡门涡街不仅会造成流体的能量损失，还会对物体施加振动和噪音，对工程结构和设备的运行安全造成威胁。
因此，在工程设计中需要考虑到卡门涡街的影响，并采取相应的措施来减小其不利影响。
弛振是指流体中存在的一种非线性振动现象。
当流体通过一个狭缝或孔洞时，由于流动速度的变化，流体会发生周期性的振动。
这种振动现象就是弛振。
弛振在工程中也有一些重要的应用，例如气动力学中的狭缝效应、喷气发动机中的燃烧室振动等。
弛振现象的研究对于改善工程设备的性能和安全性具有重要意义。
涡激共振、卡门涡街和弛振是流体力学领域中的三个重要现象。
它们在自然界和工程中普遍存在，并且对工程结构和设备的性能和安全性有着重要影响。
因此，研究和应用这些现象对于工程设计和流体力学研究具有重要意义。
希望本文的介绍能够增加对这些现象的了解，并为相关领域的研究和应用提供一定的参考。
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三、 圆柱体结构的涡激共振力
1. 临界风速
2. 共振区高度
3. 横风向共振风振力 运动方程：
四、横风向效应与顺风向效应的组合
假设结构任意高度处横风向的风效应用 RL (z) 表示，而 顺风向的风效应用 RD (z) 表示，则 z高度处最大风效应 表达如下：
注：这里，顺风向振动应按随机振动考虑， 风速取为与横风向相同 Nhomakorabea临界风速
4.1 主要横风向风振机理分析
一、涡激振动 二、驰振、颤振 （自激振动）
三、抖振 （强迫振动）
4.2 涡激振动
一、雷诺数 定义：惯性力与粘性力之比
Re vD 6.9104 vD
卡门涡列
二、斯超海尔数和锁定现象
前述尾流现象最显著的规律性是由斯超海尔 （Strouhal)最先提出的
锁定现象
五、涡激随机振动
当雷诺数Re处于超临界范围( 1105 Re 3.5106 )时，结 构物背后的湍流尾流将引起横风向的随机振动，应按随机振 动的理论进行分析。 但这里最大的区别是应采用横风向的 脉动风速谱和对应的相干函数；
4.3 横风向驰振
上一节所述的涡激振动是在结构物背后由交替的旋 涡脱落产生的，可以认为是一种稳定的振动，其激发能 量在一个特殊的频率处有一个确定的值。本节所讨论的 横风向驰振对特殊截面形状的细长结构物具有典型的不 稳定性，其截面形状如矩形、D字形或—些裹冰输电线的 有效截面形状．这些结构在垂直于气流方向上会表现出 大幅度的振动，振幅可达1—10倍以上横风向截面尺寸， 其振动频率远低于相同截面的旋涡脱落频率。
驰振是—种失稳式振动，驰振一旦发生，便成为剧 烈的振动，有导致结构破坏的危险性；
一、侧力系数和作用在柱体上的气动力
图 4-3 单自由度驰振模型
1、基于准定常理论的分析
平均阻力和平均升力在y方向上的投影：
二、单自由度驰振运动方程
邓哈托判别式：