变截面柔性杆与流体的耦合运动特性研究

摘要

为了研究变截面柔性杆与流体的耦合运动特性,建立了在轴向风力作用下两端夹紧的变截面柔性杆模型。先通过理想流体假设和Euler-Bernoulli梁假设,给出变截面柔性杆与风场之间的流固耦合方程,再通过线性稳定性分析得到该柔性杆的扰动时间增长率和特征函数的表达式,由此研究柔性杆的长波不稳定性和失稳机制,并讨论了频率与扰动时间增长率的变化规律。结果表明:柔性杆的截面变化系数与位置函数对频率和扰动时间增长率的影响较为显著;弹性模量对扰动时间增长率影响较大,对频率的影响可忽略不计。推导得出了耦合运动最不稳定时的波数和频率的表达式,并得到最不稳定时的频率与风速成线性关系。