低雷诺数下串列布置双圆柱涡激振动特性研究

基于四步半隐式特征线分裂算子有限元方法,对串列布置双圆柱双自由度涡激振动问题进行了数值模拟计算,并分析了间距比、剪切率、频率比以及折减速度4个参数对圆柱结构动力响应的影响.研究发现:不同固有频率比与剪切率对下游圆柱振动幅值影响较大,然而对上游圆柱振动幅值影响较小.上游圆柱在两个自由度方向达到最大值的折减速度不同,然而下游圆柱基本同步.上游圆柱共振区的范围明显宽于下游圆柱,同时上游圆柱较下游圆柱会更早进入与退出共振区间.另一方面,双圆柱主要在锁定区间完成相位的转变,随频率比增大能量从流体传递到柱体的速度会减慢,导致圆柱体结构完成从同相到反相的转变速度会减慢.剪切来流工况下,当间距比大于3.5时,升力与位移相位差会出现"平台期".当间距比超过临界值时,随着折减速度的增大,流体力功率谱密度曲线出现的杂频会增多,导致出现能量"反哺"现象.最后,在均匀来流工况下,升阻力功率谱密度曲线中主频率值呈两倍关系,然而随着剪切率的增加,流体力功率谱密度曲线会基本重合.