基于尾流振子模型對(duì)剛性圓柱體在橫流以及順流方向渦激振動(dòng)耦合模型進(jìn)行了研究。首先建立了橫流以及順流方向考慮結(jié)構(gòu)幾何非線性的結(jié)構(gòu)振子以及尾流振子模型,其次基于二階精度中心差分格式對(duì)模型進(jìn)行先離散后迭代求解,再次通過與他人實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證了該數(shù)值模型的可靠性,最后對(duì)不同質(zhì)量比、不同結(jié)構(gòu)阻尼比以及不同幾何非線性系數(shù)下圓柱體渦激振動(dòng)響應(yīng)振動(dòng)幅值以及振動(dòng)軌跡進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明:隨著質(zhì)量比的增大,橫流以及順流方向的振動(dòng)幅值均呈下降趨勢(shì),鎖定區(qū)間寬度逐漸變窄。隨著結(jié)構(gòu)阻尼比的增大,橫流以及順流方向的振動(dòng)幅值同樣呈下降趨勢(shì),而鎖定區(qū)間寬度逐漸變寬。隨著折合速度的增加,結(jié)構(gòu)振動(dòng)軌跡依次出現(xiàn)斜"8"字形、"月牙"形以及正"8"字形。隨著幾何非線性系數(shù)的增加,橫流以及順流方向振動(dòng)幅值從上分支進(jìn)入低分支時(shí)的位移突降現(xiàn)象會(huì)變得越來(lái)越明顯。 

【文章來(lái)源】：振動(dòng)與沖擊. 2020,39(11)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

均勻來(lái)流下剛性圓柱體二自由度渦激振動(dòng)耦合模型

如圖2所示,假設(shè)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)速度V方向與流速U方向的夾角為θ,假設(shè)振動(dòng)速度V與流速U比起來(lái)可看作是小量,可得到夾角θ也為小量。此時(shí)Fx以及Fy可表示如下F x = F - D +F D cosθ-F L sinθ≈ F - D +F D - F L U dY(Τ) dΤ , F y =F L cosθ+F D sinθ≈F L + F D U dY(Τ) dΤ ?????? ??? (11)

圖3給出了Stappenbelt等實(shí)驗(yàn)方法以及本文尾流振子模型方法得到的CF以及IL方向的振動(dòng)幅值。這里值得注意的是:由于本文數(shù)值模型得到的Ax/D包括兩部分,即平均拖曳力 F - D 引起的平均位移以及振蕩拖曳力FD引起的振蕩位移。因此,在后續(xù)分析中需要將 F - D 引起的平均位移加以消除,只留下FD引起的振蕩位移。由圖3可以看出:本文數(shù)值方法以及他人實(shí)驗(yàn)方法得到的Ay/D以及Ax/D隨折合速度Ur的變化趨勢(shì)一致:隨著Ur的增加,振動(dòng)幅值明顯增大,響應(yīng)區(qū)間從初始分支(initial branch)進(jìn)入上分支(upper branch);隨后Ur的進(jìn)一步增加,振動(dòng)幅值出現(xiàn)突降,進(jìn)入低分支(lower branch)。實(shí)驗(yàn)方法以及本文數(shù)值方法得到的不同折合速度下Ay/D以及Ax/D的最大值均非常接近:Ay/D最大值均在1.5附近;Ax/D最大值均在0.25附近。且兩種方法得到的振動(dòng)幅值最大值均出現(xiàn)在Ur=8.5附近。總體上來(lái)說,本文尾流振子模型方法的數(shù)值計(jì)算結(jié)果與Stappenbelt等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好,從而驗(yàn)證了本文數(shù)值模型的可靠性。3 分析與討論

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]圓柱體渦激振動(dòng)的高階非線性振子模型研究[J]. 康莊,張橙,付森,徐祥.  振動(dòng)與沖擊. 2018(18)
[2]帶螺旋側(cè)板立管兩向渦激振動(dòng)的試驗(yàn)研究[J]. 周陽(yáng),黃維平,楊斌,潘沖,宋澤坤.  振動(dòng)與沖擊. 2018(17)
[3]柔性圓柱渦激振動(dòng)流體力系數(shù)識(shí)別及其特性[J]. 徐萬(wàn)海,馬燁璇,羅浩,欒英森.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2017(04)
[4]柔性立管渦激振動(dòng)響應(yīng)軌跡特性研究[J]. 高云,劉黎明,付世曉,宗智,鄒麗.  船舶力學(xué). 2017(05)
[5]傾斜流作用下柔性立管渦激振動(dòng)的數(shù)值模擬[J]. 及春寧,邢國(guó)源,張力,許棟.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(02)
[6]剪切流下發(fā)生渦激振動(dòng)的柔性立管阻力特性研究[J]. 宋磊建,付世曉,于大鵬,任鐵,張萌萌.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2016(02)
[7]高雷諾數(shù)下圓柱順流向和橫向渦激振動(dòng)分析[J]. 唐友剛,樊娟娟,張杰,王麗元,桂龍.  振動(dòng)與沖擊. 2013(13)
[8]采用改進(jìn)尾流振子模型的柔性海洋立管的渦激振動(dòng)響應(yīng)分析[J]. 陳偉民,張立武,李敏.  工程力學(xué). 2010(05)
[9]采用新的結(jié)構(gòu)—尾流反作用力耦合模型分析圓柱結(jié)構(gòu)渦激共振[J]. 宋芳,林黎明,凌國(guó)燦.  水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展A輯. 2009(05)



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