涡激振动

涡激振动概述
在处理涡激振动问题时， 在处理涡激振动问题时，把流体和固体弹性系统 作为一个统一的动力系统加以考虑， 作为一个统一的动力系统加以考虑，并找到两者 的耦合条件，是解决这个问题的重要关键。 的耦合条件，是解决这个问题的重要关键。在涡 激振动过程中， 激振动过程中，流体的动压力是一种作用于弹性 系统的外加载荷， 系统的外加载荷，动压力的大小取决于弹性系统 振动的位移、速度和加速度;另一方面 另一方面， 振动的位移、速度和加速度 另一方面，流体动压 力的作用又会改变弹性系统振动的位移、 力的作用又会改变弹性系统振动的位移、速度和 加速度。 加速度。这种互相作用的物理性质表现为流体对 于弹性系统在惯性、 于弹性系统在惯性、阻尼和弹性诸方面的耦合现 象。
研究方法
• 数值方法 振动问题。对于数值模拟方法， 振动问题。对于数值模拟方法，按照所使用湍流 模型的不同， 模型的不同，可以将涡激振动的数值模拟方法分 直接数值模拟方法， 方程法， 为:直接数值模拟方法，雷诺平均 直接数值模拟方法 雷诺平均N-S方程法，大 方程法 涡模拟法，涡元法， 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， 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， 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。 弹性体完全使用三维模型的全流域模拟等等。
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
内容索引
• 涡激振动概述
• 研究方法
涡激振动概述
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
目前，主要的研究方法有三种： 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ห้องสมุดไป่ตู้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， 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。 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。 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。 验往往很难同时提供流体的瞬时变化数据。