轴向流中悬臂圆柱体稳定性的实验研究

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1、第29卷第4期2012年8月沈阳航空航天大学学报JournalofShenyangAerospaceUniversityV01．29No．4Aug．2012文章编号：2095—1248(2012)04—0016—04轴向流中悬臂圆柱体稳定性的实验研究李晓晨，张硕，金基铎，李宁(沈阳航空航天大学航空航天工程学部(院)，沈阳110136)摘要：用实验方法研究了悬臂圆柱体在轴向流作用下的屈曲问题。对实验管道在几种不同的平均流速下做了多次重复实验，获得了第一振型屈曲参数相关实验数据。实验结果表明：当平均流速达到一定值时，悬臂圆柱体会

2、发生第一阶屈曲；流速越大，发生屈曲变形也越大；继续增大流速时，发生颤振失稳；当流速小于一定值时，不发生屈曲。实验结果与理论分析结果基本一致。对可能引起定量误差的原因进行了较详细的分析。关键词：轴向流；圆柱体；实验；屈曲；稳定性中图分类号：TB533文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn，2095—1248．2012．04．004ExperimentalstudyofstabilityofcantileveredcylindersinaxialflowLIXiao-chen，ZHANGShuo，JINJi—duo，

3、LINing(FacultyofAerospaceEngineering，ShenyangAerospaceUniversity，Shenyang110136)Abstract：Theexperimentalmethodsareusedinthispapertostudythebucklingofcantilevercylinderintheaxialflow．Theexperimentsareperformedwithseveraldifferentaverageflowvelocities，toobtaintheex—p

4、erimentdataofparametersofthefirstmodebuckling．Theresultsofexperimentsshowthatatcertainvalueofflowvelocitythesystemlosesstabilitybydivergence，andthenewequilibrium(thebuckledconfigura—tion)becomesunstableathigherflowleadingtopost—divergenceflutter．Theresultsoftheexpe

5、rimentsareingoodagreementwiththatoftheoreticalresults．Somereasonsthatmayleadtoquantitativeerrorsareana—lyzed．Keywords：axialflow；cylinder；experiment；divergence；stability圆柱体在轴向流中的动力学特性早在很久以前就引起了人们的重视，对它的研究在机械、工程建筑等多个方面都有都有十分重要的意义。最早研究的是Hawthorne¨3，他早在1961年就开始研究其稳定性问题

6、，并解决了水上石油运输时可能发生的相关问题。到1966年时，Paid—oussis口‘3o在大量实验的基础上，考虑两端均铰支、一端固定一端自由等多种边界条件下，研究了无约束情况下的稳定性问题，实验所得结论符合理论上的分析结果，成绩斐然。后来，他又做了大量的相关实验，来研究弹性圆柱组的稳定性和自由振动，其中考虑到了非粘性和粘性流体动力间的偶合作用卜J。到1984年，Chryssostomidis和Triantafyllou对边界条件为两端铰支的圆柱体，确定其发生发散失稳时的临界流速"j，他们使用的是分析法。近年来，国内多名学者

7、也研究了轴向流中圆柱体的稳定性(包括屈曲、颤振)等多种特性M。9J。收稿日期：2012—05—04基金项目：国家自然科学基金资助项目(项目编号：10872135)作者简介：李晓晨(j986一)，男，出东济南入，在读硕士，主要研究方向：非线性动力学与结构振动，E—mail：lee．kin·92@163，COrn；金基铎(1946一)，男，吉林舒兰人，教授，主要研究方向：机械振动非线性振动，机械结构流一固耦振动和噪声控制，E．mail：jinjd@163．tom。第4期李晓晨：轴向流中悬臂圆柱体稳定性的实验研究17传统理论认为，

8、在线性中有“屈曲”和“颤振”两种形式的失稳。屈曲对应静态，颤振对应动态。文献[7]在之前研究的基础上，用平均法分析了这种离散化的系统，并推导出次谐波和组合共振区域的边界方程，之后比较了数值模拟的结果。本文拟用实验的方法来研究悬臂圆柱体在轴向流中发生屈曲振动的问题。实验所用到的设备，使用文献