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弹性支撑圆柱绕流稳定性分析
  • ISSN号:0459-1879
  • 期刊名称:《力学学报》
  • 时间:0
  • 分类:V211-3[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
  • 作者机构:[1]西北工业大学翼型叶栅空气动力学国家级重点实验室,西安710072
  • 相关基金:国家自然科学基金(11072199,11172237),教育部“新世纪优秀人才支持计划”(NCET-13.0478)和陕西省“青年科技新星”计划等资助项目.
中文摘要:

基于CFD技术,采用系统辨识方法,建立了亚临界雷诺数(Re〈47)下绕圆柱流动的非定常气动力模型(reduced order model,ROM).耦合结构运动方程和降阶气动力模型,建立了弹性支撑圆柱绕流的稳定性分析模型.算例分析了亚临界雷诺数下,结构固有频率、质量比等参数以及支撑方式对弹性系统稳定性的影响.对于单自由度横向支撑圆柱,当结构固有频率趋近流动最不稳定模态频率时,弹性系统会在一定频率范围内失稳,这种现象最低可在Re-20时出现.旋转自由度的释放能够进一步降低系统的稳定性,可将临界雷诺数进一步降低至18左右.ROM方法不仅具有很高的效率,而且清晰地指出了弹性系统失稳的根本原因:流动模态和结构模态耦合作用导致结构模态失稳所致.因此,失稳状态下系统振荡频率锁定于结构固有频率.基于ROM技术预测的失稳边界与直接CFD/CSD仿真结果吻合,证明了该方法的正确性和精度.

英文摘要:

An identification technique is used to construct reduced order models (ROMs) for the cylinder wake flow at subcritical Reynolds numbers (Re 〈 47) using CFD simulation data. ROM-based aeroelastic models are then found by coupling the structural motion equations and ROMs. The impacts of structural frequency, mass ratio and mount style on the instability boundaries are investigated. It is found that self-excited oscillations, accompanied by vortex shedding are possible at Re as low as 20 for one freedom transversely suspended cylinder, as the structural frequency gets close to that of the most unstable mode of flow. The release of rotational freedom could further increase the instability of the coupled system and the critical Re can be reduced to 18. ROM-based method not only has high efficiency but also profoundly shows that the inherent instability of the coupled system is induced by the unstable of the structure mode. Therefore, in the unstable region, the vibration frequency of the coupled system is synchronized with the natural frequency of the cylinder.

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期刊信息
  • 《力学学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国力学学会 中国科学院力学研究所
  • 主编:魏悦广
  • 地址:北京市海淀区北四环西路15号中科院力学所内《力学学报》
  • 邮编:100190
  • 邮箱:lxxb@cstam.org.cn
  • 电话:010-62536271
  • 国际标准刊号:ISSN:0459-1879
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2062/O3
  • 邮发代号:2-814
  • 获奖情况:
  • 1992年首届自然科技期刊一等奖,1996年国家自然科技期刊二等奖,2000年首届国家期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国数学评论(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:13332