三维弹性管涡致振动的非线性特性研究

摘要

利用有限体积法离散三维粘性、非稳态、不可压缩的N-S方程及LES湍流模型,用有限元方法离散结构动力学方程,利用基于扩散光顺法的动网格控制技术模拟弹性管的运动,建立了三维弹性管涡致振动计算的数值模型,通过数值方法来研究弹性管的振动和流体流动间的相互作用.基于该模型,在较宽的折合速度和频率比范围内,通过响应分支、相位角、相轨迹以及Poincare截面映射,分析了弹性管在不同响应阶段的运动行为和响应特性以及升力与横向位移的极限环与分叉等非线性特性,得到了振幅、相位差、流体力系数、涡脱频率随流速、频率比的变化规律.结果表明,三维弹性管的流体诱导振动系统存在一个拟上端分支;在响应随折合速度变化的拟上端分支与下分支区域和升阻力系数随频率比变化曲线的尖峰区内,三维弹性管发生了横向响应的“锁定”;发生“锁定”时,升力与位移间的相位角为0,此时弹性管的涡致振动是一种周期运动;在均匀湍流流动作用下,三维弹性管的升力与横向位移并未出现周期解的分叉.