【摘 要】
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涡致振动中,当弹性结构的固有频率接近静止圆柱绕流的涡脱落频率时,旋涡脱落频率锁定在结构振动频率上,并靠近结构固有频率,这种奇特现象被称为锁频(frequency lock-in).很多研究者将频率锁定的根源归结为共振或非线性的流固耦合效应.本文运用线性动力学模型,结合流固耦合数值模拟,对Re=60状态下涡致振动锁频现象的产生机理进行了分析.研究表明,低Re下涡致振动锁频现象根据诱发机理可分为共振型
【机 构】
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西北工业大学 航空学院,西安,710072 牛津大学工学院,牛津,OX1 3PJ
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涡致振动中,当弹性结构的固有频率接近静止圆柱绕流的涡脱落频率时,旋涡脱落频率锁定在结构振动频率上,并靠近结构固有频率,这种奇特现象被称为锁频(frequency lock-in).很多研究者将频率锁定的根源归结为共振或非线性的流固耦合效应.本文运用线性动力学模型,结合流固耦合数值模拟,对Re=60状态下涡致振动锁频现象的产生机理进行了分析.研究表明,低Re下涡致振动锁频现象根据诱发机理可分为共振型锁频和耦合颤振型锁频两种模式:(1)当结构固有频率在流动线性特征频率附近时,流动模态和结构模态耦合效应较强,锁频现象与共振密切相关;(2)当结构固有频率在高于流动线性特征频率的一定范围时,结构模态和流动模态耦合作用导致的结构模态失稳(颤振)是促发锁频的根本原因.线性特征分析方法预测的锁频上边界与直接CFD/CSD数值仿真结果一致,并指出两种锁频模式的转换边界(频率)与升力系数的幅值具有对应关系,进一步证明锁频现象本质上是由于线性动力学特征所主导的.
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