基于CFD和CSD耦合的涡激振和颤振气弹模拟.pdf

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1、振动与冲击第34卷第12期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK基于CFD和CSD耦合的涡激振和颤振气弹模拟李永乐，朱佳琪，唐浩俊(1．西南交通大学桥梁工程系，成都610031；2．嘉兴市交通工程质量安全监督站，浙江嘉兴314001)摘要：以FLUENT为研究工具，利用微分方程的数值解法和动网格技术，基于松耦合方法将Newmark算法通过UDF嵌入Fluent软件中，实现了CFD和CSD耦合的分析方法。通过建立二维方柱绕流模型，计算了竖向单自由度振动方柱在不同风速下的斯托罗哈数和最大振幅的变化情况，模拟了涡激共振锁定现象，并与静态绕流

2、的结果进行了对比。建立了具有竖向振动和扭转振动二自由度的薄平板模型，并识别了该平板的颤振导数，进一步对其弯扭耦合颤振临界风速进行了逼近计算，本方法得到的颤振临界风速与Scanlan理论公式和Selberg理论公式吻合较好。关键词：CFD和CSD耦合分析；动网格；涡激振；颤振；气弹效应中图分类号：0351．2文献标志码：ADOI：10．13465／j．cnki．jVS．2015．12．015AeroelasticsimulatiOnOfvortex．inducedvibrationandflutterbasedonCFD／CSDcouplingsol

3、utionL／Yong—le，ZHU口一qi，TANGHao-jun(1．DepartmentofBridgeEngineering，SouthwestJiaotongUniversity，Sichuan，Chengdu610031，China；2．JiaxingCommunicationsEngineeringQualityandSafetySupervisionStation，Jiaxing314001，China)Abstract：TakingadvantageofthesoftwareFLUENTandusingthenumericalso

4、lutionofdifferentialequationandthedynamicmeshmodel，aCFD／CSDcouplingsolutionbasedonloosecouplingwasrealizedbyembeddingtheNewmarkmethodintoFLUNTwiththehelpofUDFfunction．A2D—squarecylindermodelwasestablishedtoinvestigatethechangeofStrouhalnumberandthemaximumverticalvortex—excited

5、amplitudeofthesquarecylinderunderdiferentwindspeed．Thelock·-inphenomenonofvortex--excitedresonancewasobservedintheprocessofsimulationanditwascomparedwiththeresultofstaticsquarecylinder．A2Dflatplatemodelwithverticalandtorsionaldegreesoffreedomwasestablishedtoidentifytheflutterd

6、erivativesoftheflatplateandtodeterminethefluttercriticalwindspeedofflutter．ThesimulationresultagreeswellwiththecriticalwindspeedsoffluttercalculatedbyusingtheScanlan’SformulaandSelberg’Sformula．Keywords：CFD—CSDcouplinganalysis；dynamicmesh；vortex-inducedvibration；flutter；aeroel

7、asticeffect空气与弹性体的相互作用是一个复杂的流固耦合了LES方法、基于LES的有限单元法、基于LES的有限作用过程。当弹性结构在空气中运动或受空气流动的差分法等，Schulz等¨利用不可压有限体积程序和可影响时，由于空气动力的作用，弹性体会发生变形或振变形的混合网格技术、Chio等开发了基于自适应网动，同时会扰乱流场，气动力又随之发生变化，从而相格的有限元程序对更高雷诺数流场进行了CFD研究。互耦合。这种耦合求解过程除涉及到计算流体动力学这些研究多数仅针对气动绕流场，未能考虑结构自身(ComputationalFluidDynamics

8、，CFD)外，还与计算结构的动力性能，以及由结构振动引起的流固耦合效应。动力学(ComputationalStructur