【技术实现步骤摘要】
非线性能量阱作用下弹性支撑刚性柱体结构的涡激振动仿真方法
本专利技术涉及一种涡激振动仿真方法，特别涉及一种非线性能量阱作用下弹性支撑刚性柱体结构的涡激振动仿真方法。
技术介绍
在风工程与海洋工程领域，当流体流经钝体时，钝体两侧尾迹中会交替产生涡脱现象，从而对结构横向产生周期性变化的流体力，而弹性结构也会因此产生横向的振动，这种现象就是涡激振动(VIV)。现实中，风力机塔筒、海洋Spar平台、高耸建筑物等柱状结构有流体流经时，都会产生涡激振动对结构造成一定影响。当尾迹中涡脱频率接近结构固有频率时，就会发生“频率”锁定现象，“频率”锁定时也将产生较大振幅的振动。涡激振动导致结构受到周期性的疲劳应力，所产生的横向高振幅振动将导致疲劳损伤甚至结构破坏问题。近年来，随着计算机硬件性能的提升和数值模拟技术的高速发展，运用计算流体力学(CFD)解决流体力学的各类问题已成为主流。CFD方法具有成本低和能模拟较复杂或较理想的过程等优点，可以计算出精确的瞬态流场载荷，因此运用CFD方法对柱体结构涡激振动仿真具有一定的可信度。
【技术保护点】
1.一种非线性能量阱作用下弹性支撑刚性柱体结构的涡激振动仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：对柱体结构模型做出简化，忽略柱体结构沿轴向变形，仅考虑柱体的弯曲振动变形，建立柱体二维平面上的几何模型；再根据几何模型建立柱体所在二维流域模型，二维流域为将柱体结构包围起来的长方形区域，柱体结构上游区域为来流进口，下游区域为柱体漩涡脱落区域；/n步骤二：以嵌套网格技术对几何模型划分网格，先对包裹柱体的部分划分组分网格，组分网格边界为包围柱体的圆形区域，与柱体具有同一个圆心；对外流场划分背景网格，靠近柱体区域网格密，远离柱体区域网格疏；背景网格和嵌套网格都采用结构化网格，求...
【技术特征摘要】
1.一种非线性能量阱作用下弹性支撑刚性柱体结构的涡激振动仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：对柱体结构模型做出简化，忽略柱体结构沿轴向变形，仅考虑柱体的弯曲振动变形，建立柱体二维平面上的几何模型；再根据几何模型建立柱体所在二维流域模型，二维流域为将柱体结构包围起来的长方形区域，柱体结构上游区域为来流进口，下游区域为柱体漩涡脱落区域；
步骤二：以嵌套网格技术对几何模型划分网格，先对包裹柱体的部分划分组分网格，组分网格边界为包围柱体的圆形区域，与柱体具有同一个圆心；对外流场划分背景网格，靠近柱体区域网格密，远离柱体区域网格疏；背景网格和嵌套网格都采用结构化网格，求解器识别嵌套网格边界，对被组分网格遮蔽的背景网格部分进行“挖洞”，然后对嵌套区域边界单元进行插值，将背景区域的边界单元变量信息插值到嵌套区域的边界单元，形成流场计算网格；
步骤三：建立计算结构力学模型；
步骤四：基于CFD进行流体计算，并将计算流体力学模型与计算结构力学模型结合，进行柱体流固耦合数值计算：
确定初始条件和边界条件，在CFD的求解器中，初始化计算参数，对柱体结构进行定常流场数值计算，得到流域内的压力、速度信息；将流体对柱体作用产生的力代入NES被动控制模型，通过龙格-库塔法求解该运动方程，得到时间步长内柱体的位移、速度、加速度信息；将获得的柱体结构动力响应，基于嵌套网格技术更新流场网格，得到新的流场计算网格用于下一个时间步的流场数值计算，实现柱体流固耦合数值计算；
步骤五：计算到达仿真时间，对计算数据进行后处理，提取柱体的位移、速度响应曲线及柱体流场域的流场结构信息，得到柱体涡激振动特性。
2.根据权利要求1所述的非线性能量阱作用下弹性支撑刚性柱体结构的涡激振动仿真方法，其特征在于，步骤1中柱体结构前壁面距离柱体中心距离为10倍柱体直径，上下壁面距离柱...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈东阳，顾超杰，展志焕，孙振业，李迺路，曹久发，朱卫军，杨华，毛拾文，
申请(专利权)人：扬州大学，北京机电工程研究所，杭州领祺科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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