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题名低雷诺数下偏心扭转圆柱涡激振动特性研究
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作者
孙旭
SUHC.Steve
张家忠
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机构
中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室/石油工程教育部重点实验室
得克萨斯农工大学机械工程系
西安交通大学能源与动力工程学院
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出处
《力学与实践》
2025年第1期87-97,共11页
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基金
深水油气管线关键技术与装备北京市重点实验室开放课题(BIPT2021002)资助。
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文摘
横掠外流冲击下细长圆柱结构涡激振动问题在工程中广泛存在,已有研究多关注圆柱沿横向和/或流向的振动响应,对涡激扭转振动研究较少。本文采用流-固耦合数值模拟研究了偏心扭转圆柱在层流中的涡激振动特性。首先,建立了偏心扭转圆柱涡激振动力学模型,推导了控制方程和边界条件。然后,将基于特征线算子分裂的有限元解法、双时间步法、边弹簧近似法、广义-α方法和松耦合迭代解法相结合,针对层流诱发刚体扭转振动开发了一种通用流-固耦合解法,并采用基准算例进行了验证。最后,通过流-固耦合数值模拟,系统分析了偏心距、雷诺数、质量比对层流中偏心扭转圆柱涡激振动振幅、频率、流体载荷的影响规律及机理。
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关键词
圆柱
层流
涡激扭转振动
流-固耦合
数值模拟
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Keywords
circular cylinder
laminar flow
vortex-induced rotational vibration
fluid-structure interaction
numerical simulation
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分类号
O353.4
[理学—流体力学]
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题名分体三箱断面主梁桥梁的抗风性能及气动优化
被引量：8
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作者
杨风帆
郑史雄
周强
张宁
赵晓天
何睿洲
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机构
西南交通大学土木工程学院
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出处
《振动与冲击》
EI
CSCD
北大核心
2021年第19期137-144,150,共9页
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基金
国家自然科学基金(51378443)。
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文摘
为研究分体三箱断面主梁桥梁的抗风性能并提出有效的气动优化措施,基于某公铁两用分体三箱断面主梁大跨度斜拉悬索协作体系桥梁,开展了不同风攻角、不同紊流度流场以及5种不同气动措施下的节段模型风洞试验。结果表明,箱体分离会使主梁断面颤振临界风速大幅提高,但会造成箱体间流场的复杂化从而带来涡激振动(VIV)问题。成桥状态原始断面0°、±3°攻角下均发现了扭转VIV,最大扭转振幅1.238°;颤振临界风速均高于97.3 m/s。桥面抑流板、不同检修轨道位置及梁底导流板3种措施对扭转VIV抑制效果不理想;箱体间隙处加装均布纵向格栅可有效抑制扭转VIV,且透风率越小优化效果越明显,但透风率小于23%的格栅会造成颤振临界风速的下降;10%透风率格栅与下中央稳定板组合措施在完全抑制扭转VIV的同时保证了桥梁的颤振性能。基于计算流体动力学(CFD),得到了原始断面和优化工况主梁周围的流场结构及气动力变化规律。箱体间距处与下游公路箱上方大尺度旋涡的形成是主梁VIV的主要诱因。优化后断面箱体间距处大尺度旋涡被打散,升力和扭矩时程均方根(RMS)明显减小,从而有效改善了主梁的VIV性能。同时优化工况的升力和力矩系数曲线的斜率在±5°攻角范围内均为正值,说明主梁具备了气动稳定必要条件。
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关键词
分体三箱断面主梁
抗风性能
风洞试验
扭转涡激振动(VIV)
气动优化
计算流体动力学(CFD)
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Keywords
split 3-box section main beam
wind-resistance performance
wind tunnel tests
torsional vortex-induced vibration(VIV)
aerodynamic optimization
computational fluid dynamics(CFD)
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分类号
U448.25
[建筑科学—桥梁与隧道工程]
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