涡激振动与流固耦合

 本文摘要（由AI生成）：

文章主要介绍了涡激振动的概念、产生原因、影响以及解决方法。涡激振动是由于流体与结构之间的相互作用引起的周期性振动，在海洋流体中，海底圆管是最常见的产生涡激振动的物体。高耸结构物受到涡激振动的影响通常是有害的，当涡脱频率与结构的自振频率接近时，会发生共振破坏。抑制涡激振动的方法包括增大结构物的刚度和扰乱尾流形态等。此外，涡激振动也可以被利用来产生有利的发明，例如涡激发电等。对于柱体来说，在柱体后面附加一柔性板，可以起到延迟涡脱、减小阻力的效果。

      从流体的角度来分析，任何非流线形的物体，在一定恒定流速下，都会在物体的两侧产生交替脱落的漩涡。在海洋流体中，最常见的就是海底圆管，这种交替脱落的漩涡会使得圆管在横流向和顺流向产生周期性的脉动压力。如果这根海底管道是柔性的，这个脉动压力将会使得海底管道发生周期性的振动，这种规律性的振动又会反过来影响尾涡的脱落，这种流体与结构之间的相互作用问题被称之为“涡激振动”。

        接下来，我会录制一个关于海底管道涡激振动的视频以便于更好的理解涡激振动。如下图：

       研究涡激振动需要用到数值模拟方法，根据使用的湍流模型的不同，研究涡激振动的数值方法主要有：直接数值模拟法、雷诺平均N-S方程法、大涡模拟法、涡元法。

       对于高耸结构物，涡激振动对它的影响常常是有害的，当涡脱频率与结构的自振频率想接近时，就会发生共振破坏。抑制涡激振动的方法有：增大结构物的刚度和扰乱尾流形态等。

      当然，我们可以利用涡激振动来产生有利的发明，例如涡激发电等。

     对于柱体来说，在柱体后面附加一柔性板，便可起到延迟涡脱，减小阻力的效果。以下是某篇论文里的例子（做过修改）：

方头尾流区的平板振动

       钝头尾流区内的涡激振动被很多人用来验证流固耦合数值模型的有效性．选择模拟方头尾流区内柔性板的涡激振动现象。方柱为位置固定的刚体， 柔性板固支于方头上．这里流场采用结构网格，虽然结构的变形会很大，但此时在fluent里面采用diffusion扩散光顺，同时扩大流场上下两侧距离，是可以算出来的。流场ｚ方向的平面设为对称边界条件，以尽量近似模拟二维的流动状况．平板在初始时刻保持水平静止，忽略重力效应．

方柱：１ｃｍ×１ｃｍ×１ｃｍ，

平板：４ｃｍ×１ｃｍ×０．０６ｃｍ，

平板的密度：１００ｋｇ／ｍ，

弹性模量 ： ０．２５ ＭＰａ，

泊 松 比 ： ０．３５，

流 体 密 度 ： １．１８ｋｇ／ｍ，

动力学黏度为：１7．9μＰａ·ｓ，

来流速度取为０．５１2ｍ／ｓ，

取方头为参考长度，则Ｒｅ＝３３0．计算时间步长取为１ｍｓ．

首先要发生卡门涡街，随着方柱后面涡街的脱落，后方的柔性板随之振动（若无涡街，是无法产生涡致振动的），这是几何模型图，之后将会录制视频来解决此类结构的涡激振动问题。