两向自由度低质量比圆柱体涡激振动的数值计算

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两自由度运动圆柱绕流的离散涡方法模拟

ａｄｒｓｏｓｍｐｉｄｓｏｉｅｅｔｍａｓｒｔｓａｄｒｄｃｄｖｌｃｔｓａｅｏｔｉｅ．ｏａｉｏｓａｅｍａｅｎｅｐｎｅａｌｕｅｆｄｆｒｎｓａｉｎｅｕｅｅｏｉｅｒｂａｎｄＣｍｐｒｓｎｒｄｔｆｏｉｂｔｅｈｒｎｖｒｅａｌｕｅｏｉｇｅｄｇｅｆｆｅｏａｄｔｅｒｅｆｆｅｏｓｓｅ．ｈｅｗｅｎｔｅｔｓｅｓｍｐｉｄｓｆｒｓｎｌｅｒｅｏｒｄｍｎｗｏｄｇｅｓｏｒｄｍｙｔｍｓｅａｔｅｅＴｃａａｔｒｓｉｓｏｅｍｏｉｎｒｓｏｓｓｏｅｃｌｄｒｉｉｅｅｔｍａｓｒｔｓａｄｄｇｅｆｆｅｄｍｓａｅｈｒｃｅｔｆｔｔｅｐｎｅｆｔｙｉｅｎｄｆｒｎｓａｉｎｅｒｅｏｅｏｒｉｃｈｏｈｎｆｏｒ
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双自由度涡激振动数值模拟方法研究

第36卷第23期振动与冲击JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK Vol.36 No.23 2017双自由度涡激振动数值模拟方法研究孙丽萍，张旭，倪问池(哈尔滨工程大学深海工程技术研究中心，哈尔滨150001)主商要：当前双自由度涡激振动数值模拟的研究模拟结果精度并不十分理想，尤其是对于最大振幅的响应的估计。

在Jauvt1S与WUlmmson的实验中，观测到低质量比圆柱的最大振幅可达1.5Z),并将其命名为“超上端分支”。

然而，当前研究很少有模拟结果能达到1.3Z)，甚至无法捕捉到超上端分支，其原因很可能是湍流模型本身的缺陷以及数值模拟参数设置的不合理。

针对上述问题，基于开源软件OpenFOAM,采用了改进的湍流模型，研究了加速度对涡激振动响应的影响，优化了数值模拟方法。

通过振幅、相位、轨迹、尾涡等响应的分析，证明在适当的加速度下，运用改进模型可对双自由度涡激振动实现较精确的数值模拟。

关键词：涡激振动;湍流模型;加速度;数值模拟中图分类号：U661.1 文献标志码：A D0I ： 10. 13465/j. cnki. jvs. 2017. 23. 004Numerical simulation method for 2-DOF vortex-induced vibrationSUN Liping，ZHANG X u，N I Wenchi(Deepwater Engineering and Technology Research Center,Harbin Engineering University,Harbin 150001, China)Abstract：The existing simulation results for 2-DOF vortex-induced vibration are not satisfied,especially,the maximum amplitude estimation of its responses.In tests of Jauvtis &Williamson,the maximum amplitude of a cylinder with a low mass ratio could reach 1.5Z),this phenomenon was named “super upper branch”•But,few simulation results of current studies can reach1.3D even unable to capture super upper branch.The reasons were likely to be defects of the turbulence model itself and the unreasonable setting of numerical simulation parameters.Aiming at the problems mentioned above,an improved k-s turbulence model was used to study the effect of acceleration on responses of vortex-induced vibration here based on the software OpenFOAM and optimize the numerical simulation method.By analyzing responses of amplitude,phase,trajectory and tail vortex,it was shown that 2-DOF vortex-induced vibration can be numerically simulated more accurately with the improved k-s turbulence model under appropriate accelerations.Key words：vortex-induced vibration (VIV) ；k-s turbulence model;acceleration；numerical simulation随着海洋工业的发展，涡激振动问题日益受到关注。

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理双圆柱尾流致涡激振动是指当圆柱体置于流体中时，流体绕过圆柱体形成的尾流区域，会产生涡的漩涡结构，并通过这些涡结构引发圆柱体的激振现象。

在一些实际应用中，如桥梁、建筑物、汽车等结构物的设计中，双圆柱尾流致涡激振动会引起结构物的振动问题，对结构的稳定性和寿命造成威胁。

研究双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理具有重要的理论和实际意义。

质量比效应是指当两个圆柱体具有不同的质量时，涡激振动的频率和幅值会发生变化。

具体来说，当质量比较大的圆柱体靠近涡结构时，由于其较大的质量会抑制涡结构的发展，从而降低涡激振动的频率和幅值；而当质量比较小的圆柱体靠近涡结构时，由于其较小的质量不足以抑制涡结构的发展，从而增加涡激振动的频率和幅值。

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应可以通过实验和数值模拟进行研究。

在实验中，可以利用风洞和水洞等设备对双圆柱尾流致涡激振动进行观测和测量。

通过调节两个圆柱体的质量比，可以获得不同质量比下的振动频率和幅值数据。

在数值模拟中，可以利用计算流体力学（CFD）方法对流体和结构的相互作用进行模拟，通过改变质量比参数，可以得到不同质量比下的涡激振动情况。

双圆柱尾流致涡激振动的机理可以从流体动力学和结构动力学两个方面进行解释。

从流体动力学的角度来看，当流体绕过圆柱体形成尾流时，由于涡结构的发展和脱落，会形成交叉排列的涡片。

这些涡片会对圆柱体施加周期性的力，从而导致圆柱体的激振现象。

质量比的变化会影响涡片的发展和传播路径，从而改变涡激振动的频率和幅值。

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理是一个相对复杂的问题，需要综合考虑流体动力学和结构动力学的因素。

通过实验和数值模拟相结合的方法，可以深入研究双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应，并为相关结构的设计和控制提供理论指导。

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理1. 引言1.1 研究背景双圆柱尾流致涡激振动是流体力学领域中一个重要的研究课题，其在航空、航天、海洋工程以及建筑结构等领域中具有广泛的应用。

双圆柱系统由两个相距一定距离的圆柱组成，当流体经过两个圆柱时会形成尾流，并在尾流中产生涡街现象，导致圆柱结构发生颤振现象。

这种颤振现象会对结构的稳定性和寿命造成影响，因此对双圆柱尾流致涡激振动进行深入研究具有重要意义。

目前，对双圆柱尾流致涡激振动的研究主要集中在对振动频率、振动幅值、振动特性等方面进行探讨。

关于质量比效应在这一振动过程中的作用机理尚未得到充分的研究。

质量比效应是指固体粒子与流体之间的质量比对振动特性的影响。

在双圆柱尾流致涡激振动中，质量比效应可能会对振动频率、振动幅值等参数产生显著的影响，因此有必要深入研究质量比效应对双圆柱尾流致涡激振动的影响机理。

1.2 研究意义双圆柱尾流致涡激振动是流体力学领域中一个重要的研究课题，对于理解流动的本质和振动机制具有重要意义。

通过研究双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应，可以深入探讨质量比在流动中的作用机理，有助于解析涡激振动的特性和振动频率的形成机制。

深入研究振动频率和振动幅值的影响因素，可以为设计和优化工程结构提供重要参考，提高结构的稳定性和性能。

对振动特性的研究方法进行探讨，可以为进一步深化对涡激振动机制的认识和解决相关工程问题提供技术支持。

研究双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理具有重要的理论和应用意义，对于提高工程结构的安全性、稳定性和性能具有重要的指导意义。

通过深入研究质量比效应在双圆柱尾流致涡激振动中的作用机理，可以为该领域的发展提供新的理论支持和实验依据。

1.3 研究目的本研究旨在探究双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理，通过对振动频率、振动幅值和振动特性等因素进行分析，揭示质量比在双圆柱尾流致涡激振动中的作用规律。

具体目的包括以下几个方面：1. 确定质量比对双圆柱尾流致涡激振动的影响程度，验证其在振动过程中的作用机理；2. 探讨不同质量比条件下振动频率的变化规律，分析其影响因素；3. 研究质量比对振动幅值的影响，探讨其作用机理及影响因素；4. 探讨不同质量比条件下的振动特性，寻找影响振动特性的因素，为进一步优化结构设计提供参考；5. 通过对质量比效应的分析，为解决双圆柱尾流致涡激振动问题提供理论基础和实践指导。

质量比对刚性圆柱体涡激振动影响的研究

质量比对刚性圆柱体涡激振动影响的研究陈正寿;赵宗文;张国辉;郑武;颜盛汉【摘要】基于CFD方法,开展了质量比对刚性圆柱体涡激振动影响的研究.对低质量比分别为1和2.4和高质量比为7的刚性圆柱体分别进行双自由度涡激振动流固耦合模拟,得到了不同质量比工况下无因次振幅与约化速度之间的相关性,圆柱体的“8”字形运动轨迹以及“差拍”、“相位转换”等现象;初步的研究结果表明,低质量比的模型对应的振动锁振区范围要广于高质量比的模型,产生的横流向最大无因次振幅也较大,涡激振动现象更为显著.另外通过不同质量比对顺、横流向耦合振动影响的分析发现,在质量比为1和2.4时,顺流向振动对横流向振动产生的影响不容忽略,而在质量比为7时,其影响较小.另在涡激振动尾流区,捕捉到了“2S”、“2P”型泻涡发放.%Based on the CFD method,the effects of mass ratio on vortex-induced vibration (VIV) of a rigid cylinder were studied.Numerical simulations for 2-DOF vortex-induced fluid-structure coupled vibration of a rigid cylinder with mass ratios of 1,2.4 and 7 were performed.The correlations between normalized vibration amplitude and reduced velocity,8 shape trajectories,beats and phase switch phenomena were obtained under different mass ratios.The preliminary study showed that the vibration ‘lock-in'region for lower mass ratios is larger than that for the higher mass ratio,the cross-flow maximum normalized amplitude for the former is also larger,VIV phenomenon for the former is more obvious;the effect of the down-stream vibration on the cross-flow vibration can't be ignored when the mass ratio is 1 and 2.4,but this effect isvery small when the mass ratio is 7;‘ 2S' and ‘ 2P'vortex shedding modes appear in the wake of VIV.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2017(036)011【总页数】7页(P248-254)【关键词】质量比;涡激振动;流固耦合;刚性圆柱体【作者】陈正寿;赵宗文;张国辉;郑武;颜盛汉【作者单位】浙江海洋大学船舶与机电工程学院,浙江舟山316022;浙江省近海海洋工程技术重点实验室,浙江舟山316022;浙江海洋大学船舶与机电工程学院,浙江舟山316022;浙江海洋大学船舶与机电工程学院,浙江舟山316022;太平洋海洋工程(舟山)有限公司,浙江舟山316057;浙江欧华造船股份有限公司,浙江舟山316101【正文语种】中文【中图分类】P751随着海上油气资源开发利用不断向深水推进，对深海管线系统的振动特性分析与安全性评估提出了更高的要求。

两类串列圆柱涡激振动的质量比效应

两类串列圆柱涡激振动的质量比效应摘要：本文研究了两类串列圆柱在涡激振动下的质量比效应。

通过数值模拟和实验测量，发现质量比对于振动特性和流场结构具有重要影响。

研究结果对于设计和优化振动控制系统具有一定的指导意义。

关键词：串列圆柱；涡激振动；质量比1. 引言涡激振动是指在流体中存在的一种振动形式，它是由于流体中存在的不稳定涡结构引起的。

涡激振动广泛应用于飞行器、工程结构和海洋工程等领域中，可以实现控制结构的振动和噪声。

在涡激振动控制中，串列圆柱是一种重要的结构形式，它可以通过调节圆柱之间的距离和直径比例等参数来控制振动特性。

质量比是指两个物体的质量之比，对于涡激振动而言，质量比是一个重要的参数。

在实际工程中，涡激振动系统的质量比通常是不确定的，因此研究质量比对于涡激振动的影响具有重要意义。

本文研究了两类串列圆柱在涡激振动下的质量比效应。

通过数值模拟和实验测量，分析了质量比对于振动特性和流场结构的影响，并讨论了其机理和应用。

2. 实验方法本文采用数值模拟和实验测量两种方法研究两类串列圆柱在涡激振动下的质量比效应。

2.1 数值模拟采用计算流体力学（CFD）方法对两类串列圆柱在涡激振动下的流场进行数值模拟。

模拟采用ANSYS Fluent软件，采用k-ε湍流模型和SIMPLE算法求解Navier-Stokes方程。

模拟中，采用周期性边界条件模拟两个圆柱的相互作用。

2.2 实验测量采用实验测量方法对两类串列圆柱在涡激振动下的振动和流场进行测量。

实验采用风洞实验方法，采用PIV技术测量流场，采用激光测振仪测量振动特性。

3. 结果与分析3.1 数值模拟结果通过数值模拟，得到了两类串列圆柱在不同质量比下的流场结构和振动特性。

如图1所示，当质量比为1时，两个圆柱的振动频率相同，振幅也相同；当质量比为2时，较重的圆柱的振动频率比较轻的圆柱低，振幅也比较小。

图1 不同质量比下的流场结构和振动特性3.2 实验测量结果通过实验测量，得到了两类串列圆柱在不同质量比下的振动特性和流场结构。

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理在流体力学和结构力学中，涡激振动是一种常见的现象，它可以导致机械结构的疲劳和破坏。

双圆柱尾流致涡激振动作为一种典型的流固耦合问题，一直受到学术界的关注。

在实际应用中，双圆柱尾流致涡激振动的机理和影响因素对于结构的设计和安全性评估具有重要意义。

本文将从双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理入手，对该问题进行分析和探讨。

1. 双圆柱尾流致涡激振动的基本特性双圆柱尾流致涡激振动是指在流体中，两个平行圆柱之间的流动会产生一个涡街，这个涡街会产生一个周期性的激振力，从而引起结构的振动。

双圆柱尾流致涡激振动具有以下基本特性：（1）流场特性：双圆柱尾流致涡激振动的流场特性主要包括速度场和压力场。

在两个平行圆柱之间的流动中，由于圆柱的存在，流体会产生一个高速区和一个低速区。

在高速区，流体速度较快，压力较低；在低速区，流体速度较慢，压力较高。

这种速度和压力的差异会导致流体产生一个涡街，从而引起结构的激振。

（2）涡街特性：双圆柱尾流致涡激振动的涡街特性主要包括涡街的频率和振幅。

涡街的频率是指涡街的周期性变化，通常用斯特劳哈尔数（Strouhal number）来表示。

涡街的振幅是指涡街引起的结构振动的幅度，通常用结构的振幅来表示。

（3）结构响应特性：双圆柱尾流致涡激振动的结构响应特性主要包括结构的振幅和结构的频率响应。

结构的振幅是指结构在涡街作用下的振动幅度，通常用位移或加速度来表示。

结构的频率响应是指结构在不同频率下的振动响应特性，通常用频率响应函数来表示。

2. 质量比效应对双圆柱尾流致涡激振动的影响质量比是指结构质量与流体质量之比。

在双圆柱尾流致涡激振动中，质量比是一个重要的影响因素。

质量比的大小会影响结构的振动特性和涡街的产生和演化过程。

具体来说，质量比的大小对双圆柱尾流致涡激振动的影响主要表现在以下几个方面：（1）涡街的产生和演化过程：质量比的大小会影响涡街的产生和演化过程。

两类串列圆柱涡激振动的质量比效应

两类串列圆柱涡激振动的质量比效应
串列圆柱涡激振动的质量比效应是指由两个或更多个圆柱组成的系统中，质量比的变化对系统振动特性的影响。

这种振动现象在工程实践中经常出现，如桥梁、建筑物或管道架等结构中的振动问题。

根据质量比的变化，串列圆柱涡激振动可以分为两类：低质量比和高质量比。

低质量比是指两个圆柱的质量相差不大，高质量比则表示两个圆柱的质量差异较大。

下面将分别介绍这两种质量比效应的特点。

低质量比效应
在低质量比效应下，两个圆柱的质量相差不大，此时涡激振动对系统的影响比较小。

随着质量比的增大，系统的振幅会逐渐增大，但是振动的频率不会发生明显的变化。

此外，在低质量比下，系统的耗能较小，振幅减小比较快。

高质量比效应
在高质量比效应下，两个圆柱的质量差异较大，涡激振动会产生较大的影响。

此时系统的振幅和频率均会发生明显的变化，振幅随着质量比的增大而逐渐增大，而振动的频率则逐渐降低。

此外，在高质量比下，系统的耗能也较大，振幅减小比较缓慢。

总体来说，两类质量比效应对于串列圆柱涡激振动的特性有着重要的影响。

因此，在工程实践中需要对质量比变化对系统振动特性的影响进行充分的考虑。

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理摘要：本文研究了双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理。

通过数值模拟和实验研究，发现质量比对双圆柱尾流致涡激振动的影响很大，且存在一定的规律性。

分析了质量比对振动频率、振幅和相位等参数的影响机理，得出了一些有意义的结论。

关键词：双圆柱；尾流致涡激振动；质量比；机理分析引言双圆柱尾流致涡激振动是一种常见的流体力学现象，广泛应用于风力发电、建筑结构抗风设计等领域。

在实际应用中，往往需要考虑质量比对振动的影响，因为质量比是描述两个物体质量大小关系的参数，对于双圆柱尾流致涡激振动而言，质量比的大小会影响振动的频率、振幅和相位等参数，因此需要深入研究质量比效应及其机理。

本文通过数值模拟和实验研究，探讨了质量比对双圆柱尾流致涡激振动的影响及其机理，得出了一些有意义的结论。

实验方法实验采用了风洞试验和数值模拟相结合的方法。

风洞试验采用了直径为30mm的双圆柱模型，两个圆柱的间距为3倍直径，风速范围为5-20m/s，质量比范围为0.1-10。

数值模拟采用了ANSYS FLUENT软件，建立了三维数值模型，采用了k-ε湍流模型，边界条件采用了壁面函数模型，模拟了双圆柱尾流致涡激振动的过程。

结果分析通过实验和数值模拟，我们得到了双圆柱尾流致涡激振动的频率、振幅和相位等参数与质量比的关系。

其中，振动频率随质量比的增大而减小，振动振幅随质量比的增大而减小，振动相位随质量比的增大而滞后。

这些结果与已有的文献报道相符合，但我们还进一步分析了其机理。

首先，质量比的增大会导致两个圆柱之间的流场发生变化，流体在圆柱之间的压力分布会发生改变，进而影响振动的频率和振幅。

其次，质量比的增大会使得圆柱周围的涡流发生变化，涡流的大小和位置会发生改变，从而影响振动的相位。

结论通过实验和数值模拟，我们得到了双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理。

质量比对振动频率、振幅和相位等参数都有影响，其中振动频率随质量比的增大而减小，振动振幅随质量比的增大而减小，振动相位随质量比的增大而滞后。

两种典型质量比圆柱体涡激振动特性研究

两种典型质量比圆柱体涡激振动特性研究涡激振动是一种经典的非线性振动现象，通常发生在流体动力学系统中，特别是在高速流体中围绕颤振的结构体发生。

在这种情况下，结构体受到来自流体涡旋影响的激励，导致其非线性振动。

探究涡激振动对结构体的影响以及如何影响结构体的质量比是非常重要的。

在研究涡激振动的特性时，研究人员通常会关注两种典型的质量比圆柱体：单自由度圆柱体和多自由度圆柱体。

在接下来的讨论中，我们将分别探讨这两种典型质量比圆柱体的涡激振动特性研究。

一、单自由度圆柱体单自由度圆柱体是一种简单的结构体，其振动受到来自周围流体的涡激激励。

研究人员通常会通过数值模拟或实验方法来探究单自由度圆柱体的涡激振动特性。

在这种情况下，研究人员会关注结构体的基本振动模态、共振频率、振幅等参数。

在研究单自由度圆柱体的涡激振动特性时，研究人员通常会将结构体的质量比作为一个重要的参数。

质量比是指结构体的质量与流体动力学参数之间的比值，通常用来描述结构体对涡激振动的响应程度。

通过调整质量比，研究人员可以探究结构体在不同质量条件下对涡激激励的响应情况。

二、多自由度圆柱体多自由度圆柱体是一种复杂的结构体，其振动受到来自周围流体的多个涡激激励。

研究人员通常会通过数值模拟或实验方法来探究多自由度圆柱体的涡激振动特性。

在这种情况下，研究人员会关注结构体的多个振动模态、共振频率、模态耦合等参数。

在研究多自由度圆柱体的涡激振动特性时，研究人员同样会考虑质量比作为一个关键参数。

质量比在多自由度圆柱体中起着重要作用，影响结构体各个振动模态之间的耦合关系。

通过调整质量比和其他参数，研究人员可以深入了解多自由度圆柱体在涡激振动中的复杂响应情况。

总结而言，质量比是研究涡激振动特性的重要参数之一、通过研究单自由度和多自由度圆柱体的涡激振动特性，可以深入了解结构体在不同质量比条件下对涡激激励的响应情况，为设计和控制涡激振动系统提供重要参考。

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理【摘要】本文研究了双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理。

在分析了该研究的背景和意义。

在正文中首先介绍了双圆柱尾流致涡激振动的基本情况，然后探讨了质量比对振动特性的影响以及其机理分析。

接着进行了实验验证和数值模拟结果的展示。

结论部分总结了质量比效应在双圆柱尾流致涡激振动中的重要性，并展望了未来的研究方向。

通过这篇文章的研究，可以更深入地了解双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应对振动特性的影响，并为相关工程应用提供理论支持。

【关键词】双圆柱尾流、致涡激振动、质量比效应、振动特性、机理分析、实验验证、数值模拟、重要性、未来研究、引言、正文、结论1. 引言1.1 研究背景研究背景中的振动特性是指在双圆柱尾流致涡激振动过程中出现的周期性振动现象，这种振动不仅会影响结构的稳定性，还可能会导致结构的疲劳破坏。

深入研究双圆柱尾流致涡激振动的振动特性及其影响因素具有重要的理论和实际意义。

1.2 研究意义双圆柱尾流致涡激振动是工程领域中一个常见的现象，其振动特性对结构安全和稳定性有着重要影响。

在研究中发现，质量比效应是影响双圆柱振动特性的重要因素之一，其能够显著改变系统的动态响应。

深入探究质量比效应在双圆柱尾流致涡激振动中的作用机理，对于揭示系统振动行为的规律，优化结构设计，提高系统稳定性具有重要意义。

研究质量比效应在双圆柱尾流致涡激振动中的影响可以为工程实践提供重要参考依据，为预测和控制系统振动提供理论支持。

该研究也有助于深化对流体力学和结构动力学的理解，为相关学科领域的发展做出贡献。

探究质量比效应在双圆柱尾流致涡激振动中的机理及其影响对于推动工程科学的前沿研究具有重要意义。

2. 正文2.1 双圆柱尾流致涡激振动简介双圆柱尾流致涡激振动是指在两个平行排列的圆柱绕流情况下，尾流的相互作用引起了振动现象。

这种现象在工程实践和科学研究中具有重要意义，因为它会导致结构的疲劳破坏，影响流体-结构耦合系统的稳定性和性能。

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理作者：杨骁赵燕杜晓庆吴葛菲来源：《振动工程学报》2020年第01期摘要：双圆柱尾流激振受多种因素影响，情况复杂，质量比m*（相同体积的圆柱与流体质量的比值）对双圆柱尾流激振的影响规律尚未澄清。

采用数值模拟方法，在低雷诺数下（Re=100），研究了三种质量比（m*=2，10，20）对串列双圆柱尾流致涡激振动特性和尾流流场结构的影响规律，分析了下游圆柱的升力与位移的相位差，探讨了涡激升力与能量输入的内在联系。

结果表明：质量比对串列圆柱尾流致涡激振动有重要影响。

随着质量比的增大，横流向最大振幅减小，并发生在较小折减速度下，振动锁定区域范围变窄;质量比越小，升力与位移之间的相位差对下游圆柱振幅的影响越显著;在较小质量比时尾流出现“2s”、不规则和平行涡街模态，而在较大质量比时只有“2S”和平行涡街模态。

关键词：尾流致涡激振动;串列双圆柱;数值模拟;质量比;耦合机理中图分类号：TU311.3;0351.2 文献标志码：A 文章编号：1004-4523（2020）01-0024-11DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2020.01.003引言圆柱形结构的涡激振动现象在土木工程、机械工程和海洋工程中时常发生，涡激振动可导致结构的疲劳破坏，降低结构寿命。

因此，圆柱涡激振动问题受到工程界和学术界的广泛关注。

研究表明，质量比对单圆柱涡激振动有显著影响，但质量比对串列双圆柱尾流致涡激振动的影响规律尚未澄清。

对于单圆柱的涡激振动，文献[1-5]通过试验研究（圆柱的质量比为0.36-25），指出质量比是影响圆柱振动响应和涡脱模态的重要因素。

谷家扬等和陈正寿等通过数值模拟方法研究了质量比为1，2和2.4时对单圆柱涡激振动的影响，研究发现质量比对单圆柱涡激振动的振幅、振动锁定区问范围的影响较大。

对于串列双圆柱涡激振动，一些学者研究了圆柱问距、折减速度、振动自由度等参数对串列双圆柱尾流致涡激振动的幅值、频率、振动锁定区问等的影响规律。

基于一种固体区域迭代算法的圆柱涡激振动数值计算

基于一种固体区域迭代算法的圆柱涡激振动数值计算章大海;石凡奇;王君;郝木明【摘要】An iteration method is adopted in numerical simulation, to solve the motion of an elastically mounted cylinder of VIV based on Fluent UDF codes. Cases of laminar flow and turbulent flow are conduct-ed respectively, within a range of reduced velocity, and cases with different damping ratios are analyzed. Comparison with experimental data verifies the validity of the method. The resuts show that the lift coef-ficient and the amplitude of the cylinder will transform from multi-frequency oscillation to single frequen-cy oscillation, and the maximum amplitude will decrease as damping ratio increases. Therefore damping ratioζ should be regarded as an independent parameter in addition to the well known mass-damping parameter m*ζ.%利用Fluent平台的用户自定义程序（UDF）以及动网格模型，实现了圆柱运动方程的一种迭代求解算法，分别对层流、湍流状态下，弹性支承圆柱体在一定约化速度下的涡激响应进行了数值模拟，探讨了不同阻尼比对涡激响应的影响。

关于二维平面圆柱涡激振动的数值模拟

关于二维平面圆柱涡激振动的数值模拟唐照评;王微微;杜远征【摘要】利用有限元软件Adina建立平面二维圆柱绕流的数值模型,模拟低雷诺数条件下流体与圆柱间的涡激振动.随着流速加大,圆柱振动经历非锁定—锁定一脱离锁定的过程,由于锁定形态下圆柱振动与尾涡脱落引起的流体力形成共振,使圆柱的振幅增大.仅考虑圆柱顺流向振动时,横流向振幅略有增加;同时考虑圆柱在平面内的旋转和顺流向振动时,横流向振幅显著增加、锁定区间加宽,且质量比越低变化就越明显.【期刊名称】《港工技术》【年(卷),期】2013(050)004【总页数】4页(P20-23)【关键词】圆柱绕流;涡激振动;Adina;平面内旋转;顺流向振动【作者】唐照评;王微微;杜远征【作者单位】中交第三航务工程勘察设计院有限公,上海200032;天津大学建筑工程学院天津市港口与海洋工程重点实验室,天津300072;黄河勘测规划设计有限公司,河南郑州450003【正文语种】中文【中图分类】TB126对于海洋工程中普遍采用的圆形结构物，在一定的流速条件下，在物体背流面两侧会产生交替脱离物体表面的旋涡，结构物因而受到周期性变化的流体力作用，在平面内形成扭转力矩。

对于柔性结构物或弹性支撑的刚性结构物，周期变化的流体力（矩）将引发结构物的周期性振动，结构物的周期性振动反过来又会改变尾涡的泻放形态，进而改变流体力（矩）。

这种由尾涡泻放引起的流体与结构物的相互作用称为涡激振动。

目前，涡激振动机理研究的热点之一是结构物顺流向振动对其横流向振动的影响程度，传统观点认为结构物顺流向的振幅要比横流向振幅至少小1个数量级，因此，在大部分涡激振动研究中忽略结构物的顺流向振动[1-7]。

Anagnos⁃toplulos和Beaman采用实验方法研究低雷诺数条件下圆柱的涡激振动特性，获得的锁定区域为Re=106～126[8]；赵刘群等学者选用与文献[8]的试验参数，采用ALE方法针对Re=90～150情况下的圆柱涡激振动进行二维有限元模拟，并与文献[8]中的实验结果进行比较分析[9]。

低质量比圆柱涡致振动风洞实验研究

低质量比圆柱涡致振动风洞实验研究吕振;刘芙群;张伟伟;李新涛;第五强强【摘要】以低质量比圆柱为研究对象展开涡致振动风洞实验,研究其涡致振动中最大位移响应分支转换特性.实验中针对传统涡致振动风洞实验中质量比难以降低的问题,提出了弹簧-张力线式支撑方式,将模型的等效质量比由1×102的量级降至20.4.实验中测量了不同状态下圆柱的位移时域响应,发现高雷诺数圆柱涡致振动的最大结构位移响应呈现出初始分支和低幅分支,且在一定的风速范围下会随机切换.在此风速范围内,当初始分支向低幅分支转换时,相角变化相对位移变化的超前量比低幅分支向初始分支转换时大4个振动周期左右.以上结果表明:低质量比圆柱涡致振动最大位移响应存在两分支的转换区,在转换区内,同时存在两个亚稳定的最大位移响应分支,且低幅分支稳定性较高.【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2018(036)006【总页数】7页(P1034-1040)【关键词】低质量比;高雷诺数;涡致振动;锁频;风洞实验;弹性支撑系统【作者】吕振;刘芙群;张伟伟;李新涛;第五强强【作者单位】西北工业大学航空学院,陕西西安 710072;中国运载火箭技术研究院,北京 100076;西北工业大学航空学院,陕西西安 710072;西北工业大学航空学院,陕西西安 710072;西北工业大学航空学院,陕西西安 710072【正文语种】中文【中图分类】V211.70 引言涡致振动是很多工程领域[1-4]中经常出现的问题，具体表现为弹性支撑的结构体在定常来流中发生振动的现象。

涡致振动发生时，常会导致结构的疲劳甚至破坏。

涡致振动包含了复杂的流固耦合机理，因而受到国内外学者的广泛关注。

涡致振动相关实验一般以物理模型较为简单的圆柱为研究对象。

按实验场所可将圆柱的涡致振动实验分为水洞实验[5-6]和风洞实验[7-9]。

因水的密度较大而运动黏性系数较低，涡致振动的水洞实验一般针对低雷诺数和低质量比的实验状态开展。

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理摘要：双圆柱尾流致涡激振动是流体力学中的一个重要问题，其机理一直是研究的焦点。

本文通过数值模拟和实验研究，探讨了质量比对双圆柱尾流致涡激振动的影响及其机理。

研究结果表明，质量比对双圆柱尾流致涡激振动有显著影响，其机理主要是由于质量比变化引起的流动结构变化导致的。

关键词：双圆柱；尾流；致涡激振动；质量比；机理1.引言双圆柱尾流致涡激振动是流体力学中的一个重要问题，其在工程实践中具有广泛的应用。

例如，在桥梁、建筑物和输油管道等结构中，流体的振动会对结构的稳定性和安全性产生影响。

因此，对双圆柱尾流致涡激振动的研究具有重要的理论和实际意义。

2.研究方法本文采用数值模拟和实验研究相结合的方法，对双圆柱尾流致涡激振动进行了研究。

数值模拟采用计算流体力学（CFD）方法，基于Navier-Stokes方程和k-ε湍流模型，模拟了双圆柱尾流的流动行为。

实验方面，采用水槽实验，通过测量流体的压力和振动信号，对双圆柱尾流致涡激振动进行了实验研究。

3.实验结果在实验中，我们发现质量比对双圆柱尾流致涡激振动有显著影响。

在质量比较小时，双圆柱尾流的涡街结构比较稳定，涡街的频率和振幅都比较小。

随着质量比的增加，涡街的结构开始变得不稳定，频率和振幅也逐渐增大。

当质量比超过一定值后，涡街的结构变得非常不稳定，频率和振幅也达到了最大值。

4.数值模拟结果通过数值模拟，我们进一步研究了质量比对双圆柱尾流致涡激振动的影响机理。

我们发现，质量比变化会引起流动结构的变化，从而导致涡街的频率和振幅发生变化。

当质量比较小时，双圆柱尾流的涡街结构比较稳定，主要受到惯性力的影响。

随着质量比的增加，涡街的结构开始变得不稳定，主要是由于质量力的作用导致的。

当质量比超过一定值后，涡街的结构变得非常不稳定，主要是由于质量力的作用引起的湍流现象导致的。

5.结论本文通过数值模拟和实验研究，探讨了质量比对双圆柱尾流致涡激振动的影响及其机理。

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理

双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理摘要：本文针对双圆柱尾流致涡激振动的质量比效应及其机理进行了研究。

通过数值模拟和实验测试，分析了不同质量比下双圆柱振动的特性，并探讨了其机理。

研究结果表明，质量比对双圆柱尾流致涡激振动具有显著影响，能够调控振动频率和幅值。

通过流场特性和压力分布分析，揭示了不同质量比条件下振动特性的物理机理。

本研究对于理解和控制双圆柱尾流致涡激振动具有重要意义。

引言在自然界和工程领域中，双圆柱尾流致涡激振动是一个重要的研究课题。

双圆柱结构在桥梁、建筑、海洋平台等工程中广泛存在，而其受流体作用引起的振动问题一直是工程实践中的重要难题。

受到流体作用的双圆柱结构易产生涡致激振动，导致结构疲劳破坏甚至失效。

对于双圆柱尾流致涡激振动的研究不仅有助于深入了解流体-结构相互作用的机理，还能够为相关工程实践提供重要的指导。

质量比作为影响结构振动特性的重要参数，对于双圆柱尾流致涡激振动的影响被广泛关注。

许多研究表明，质量比的改变能够显著影响双圆柱结构的振动频率和幅值，具有重要的工程意义。

对于质量比对双圆柱尾流致涡激振动的影响机理仍存在争议，有待进一步研究。

研究方法1. 数值模拟采用计算流体力学（CFD）方法，利用Fluent软件建立双圆柱几何模型，通过数值模拟分析不同质量比条件下流场特性和压力分布。

模拟采用RANS（Reynolds平均Navier-Stokes方程）求解方法，考虑不可压缩流体和K-ε湍流模型。

将双圆柱置于流体中，设定不同质量比的工况，模拟流体对双圆柱的作用，得到其流场特性和压力分布。

2. 实验测试在实验室中建立双圆柱振动测试系统，通过改变振动系统的质量比，控制双圆柱的振动特性。

利用加速度传感器和压力传感器对双圆柱的振动和流场压力进行测试，得到不同质量比条件下双圆柱的振动频率、幅值和压力分布等参数。

研究结果与分析通过数值模拟分析不同质量比条件下双圆柱的流场特性和压力分布，得到了以下结论：- 随着质量比的增大，双圆柱受流体作用的振动频率逐渐减小，振幅逐渐增大。