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涡激振动与流固耦合

2月前浏览10323

 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:

((BZ_PG_CX{)P[F_YJLR@0I.png

       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.

R83G31UMYN8OQVEX]MJ9P]V.png

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。95D15BE6ADD532C98E1FCE06B7309DA8.png

FluentWorkbench
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首次发布时间:2019-06-15
最近编辑:2月前
Fluid-struc
硕士 | 研究生 双向流固耦合好好学
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9条评论
仿真秀0705155353
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2年前
老师,您的教学视频在哪看呢
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猪崽
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3年前
正方形的固体域需要剖出不要嘛?把板的前端固定
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风致振动研究生
武汉理工研究生,流固耦合风振
4年前
啊好吧,谢谢老师
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风致振动研究生
武汉理工研究生,流固耦合风振
4年前
老师我还有一个问题,您的视频我看过了,我也觉得wb画网格实现双向流固耦合很不方便,但是从wb的meshing调用icem有时候成功有时候直接崩溃,请问老师到底应该怎么在wb中搭建双向流固耦合呢?有些教程中没有用geom模块而是先用icem做出来流体的网格,然后把原有的几何导入固体模块,再用system coupling,这样试了能算几步但是就会出现固体块保存然后终止。这一般的解决思路是什么呢?错误提示是固体上一个单元畸变很大,建议增加子时间步或者改小时间步,但是我之前成功算完的流体截面网格变形小的算例与这个不同就在于流程的搭建。这怎么办呢老师?
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风致振动研究生
武汉理工研究生,流固耦合风振
4年前
我做圆柱双向流固耦合时,能算,但是流体截面网格是不动的请问大神这是为什么呀
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仿真秀0507220940
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4年前
模拟双向几乎和实验一点不一样的,如果你说和实验误差百分之五十,存属扯淡
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JIAKUN
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4年前
你好,我也在用这个做双向耦合,请问你这个和试验的误差能控制到多少?方便加下QQ聊下吗?1910055061,谢谢。
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村上秋木
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4年前
这个板是怎么让他动起来的?udf怎么定义他的运动呢?
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Ross_
一起学习,共同进步
5年前
关注!
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