[发明专利]一种尾流下弹性支撑圆柱驰振流固耦合分析方法

摘要

本发明公开了一种尾流下弹性支撑圆柱驰振流固耦合分析方法，包括以下步骤：S1、建立单圆柱在流体作用下的驰振模型；S2、定义计算流体力学软件数值模拟需用到的参数；S3、基于CFD的流固耦合计算；S4、采用计算流体力学软件对双圆柱在流体作用下的振动模型进行数值模拟及分析。

主权项

1.一种尾流下弹性支撑圆柱驰振流固耦合分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立单圆柱在流体作用下的驰振模型，包括：将单圆柱在流体作用下的驰振模型近似简化为一个弹簧振子系统，所述弹簧振子系统包括平设的圆柱，所述圆柱下端通过弹簧、阻尼器进行支撑，忽略圆柱扭转自由度的影响，只考虑两个平动自由度，将弹簧振子系统中单位长度圆柱的质量、弹簧的刚度和阻尼器的阻尼分别用M、K和C表示，将弹簧振子系统的两自由度振动模型用如下的方程表示：式中，x、y分别为圆柱平行于流向和垂直于流向的位移，一次导数为对应x、y方向的圆柱的速度，二次导数为对应x、y方向的圆柱的加速度；F_D(t)和F_L(t)为单位长度圆柱平均受到的升力和阻力；对流体的流场进行数值求解，得到两个关于时间的力函数FD(t)和FL(t)的表达式：式中，U∞为来流的速度；ρ为空气的密度；D为圆柱的直径；CD(t)、CL(t)为单位长度圆柱平均受到的升力系数和阻力系数；S2、定义计算流体力学软件数值模拟需用到的参数，包括：折减风速Vr的定义如下：式中，fn为导线结构体系的固有频率，无量纲位移X和Y的定义如下：式中，x为导线顺着来流方向的位移；y为导线的垂直于来流方向的位移，D为导线的直径；振幅Ax、振幅Ay的定义如下：振幅Ax表示在振动时，圆柱在顺着来流方向离开平衡位置最大位移的绝对值；振幅Ay表示在振动时，圆柱在垂直于来流方向的振动时离开平衡位置的最大位移值的绝对值，表达式为：AX＝0.5×(Xmax‑Xmin)                     (6)AY＝0.5×(Ymax‑Ymin)；                     (7)S3、基于CFD的流固耦合计算在进行流固耦合的计算时，需要进行求解的区域包括流体区域和结构区域，将流固耦合分为流固弱耦合和流固强耦合分别求解；对于流体区域求解时，采用流体数值计算软件完成，对结构区域求解时，将尾流作用下的圆柱近似简化为S1中的弹簧振子系统，然后求解；S4、采用计算流体力学软件对双圆柱在流体作用下的振动模型进行数值模拟，包括：S41、建立流域；S42、对流域进行网格划分；S43、设置边界条件；S44、设置时间步长；S45、模拟结果及分析将模拟结果中的S2中所定义参数与实验数据对比，并对比较结果进行分析。