模拟运动流体中柔性体耦合振动的数值方法

摘要

介绍了一种模拟流体诱发柔性体运动的数值方法.该方法采用二维面元法计算流体作用力,用模态叠加法求解欧拉梁的运动控制方程,通过迭代来求解流固耦合问题.利用该方法模拟了单个以及两个并行、串行排列的柔性梁在运动流体中的耦合运动.计算结果表明,均匀来流中单个柔性梁的稳定边界和流体诱发振动都与前人结果一致.对于两并行排列的柔性体,当无量纲间距H0.25时,两柔性体反向摆动,并且摆动频率在模式转换时发生突变;当间距很大时(H>1.0),两并排柔性体之间的耦合作用明显变弱,两个物体运动呈解耦状态,各自按照单个柔性梁在来流中的运动形态运动.相同均匀来流中两串行柔性梁的数值模拟结果显示,当排列间距很小时,上游物体受到的阻力减小,下游物体阻力增大.本文计算的所有结果都与前人实验结果定性一致,证明本文提出的方法可以用来模拟不同方式排列的多个柔性体在流体中的耦合运动.