后置柔性板的方柱涡激振荡抑制组合结构及其设计方法技术

本发明专利技术涉及一种后置柔性板的方柱涡激振荡抑制组合结构及其设计方法，组合结构包括方柱和设置于方柱后部的一柔性板；其设计方法包括：S1绕流中单个方柱涡激振荡数值模拟；S2绕流中方柱后置柔性板组合结构的涡激振荡数值模拟；S3对比单个方柱与方柱后置柔性板组合结构涡激振荡运动学及动力学响应；S4得到减振、减阻效果最好的方柱后置柔性板组合结构的模型参数。本发明专利技术组合结构能够大幅降低结构涡激振荡幅度及时均阻力，进而有效地提高结构的稳定性和安全性；本发明专利技术提出的针对方柱后置柔性板参数设计及优化的数值分析方法可以更经济、高效、精确地设计结构形状、尺寸，不限柔性平板材料参数、尺寸、变形形状、具体安置位置，及流场环境的复杂性。场环境的复杂性。场环境的复杂性。

【技术实现步骤摘要】
后置柔性板的方柱涡激振荡抑制组合结构及其设计方法


[0001]本专利技术涉及海洋工程
，具体涉及一种后置柔性板的方柱涡激振荡抑制组合结构及其设计方法。

技术介绍

[0002]方柱的涡激振荡是方柱绕流过程中两侧及尾部产生交替脱落的涡旋，涡脱落产生的周期性力使弹性或弹性支撑的方柱受迫振动，方柱的振动又会影响尾流场特性，形成复杂的含被动运动的流固耦合问题。当共振现象发生时，即方柱振动频率与涡脱频率相近时，结构发生大幅振荡，严重影响结构的稳定性和安全性。
[0003]方柱的涡激振荡研究表明，流体流过方柱时，方柱会受到流向的阻力和与流向垂直的升力作用，其中升力是涡脱落产生的脉动引起的，而阻力分为涡脱落使方柱前后出现压力差导致的压差阻力和粘性作用产生的粘性阻力。在涡激振荡中，振动主要表现为方柱在升力方向的振荡。工程中，海洋平台支架、桥梁由于长期的涡激振荡，不仅可能破坏结构稳定性，如果发生共振将造成结构损坏，因此涡激振荡抑制具有重要的应用价值和研究意义。
[0004]在研究流场中柔性板与圆柱的耦合运动时发现，柔性结构在来流作用下被动变形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种后置柔性板的方柱涡激振荡抑制组合结构，其特征在于，包括方柱和设置于所述方柱后部的一柔性板，所述柔性板垂直于方柱表面设置，并置于方柱横截面边长的中点位置。2.根据权利要求1所述的后置柔性板的方柱涡激振荡抑制组合结构，其特征在于，所述柔性板与方柱铰链连接。3.根据权利要求1所述的后置柔性板的方柱涡激振荡抑制组合结构，其特征在于，所述柔性板采用轻质、耐腐蚀材料。4.根据权利要求1所述的后置柔性板的方柱涡激振荡抑制组合结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、绕流中单个方柱涡激振荡数值模拟，具体包括以下步骤：S1.1、建立方柱的结构与流场分析模型；S1.2、对于方柱的纵向运动建立结构
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弹簧
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阻尼模型，通过计算流体力学方法对设定雷诺数Re下单个方柱绕流涡激振荡特性开展数值实验，计算方柱涡激振荡过程中受到的升力系数、阻力系数、方柱振荡无量纲幅度；S2、绕流中方柱后置柔性板组合结构的涡激振荡数值模拟，具体包括以下步骤：S2.1、选取不同长度、不同柔度的柔性板建立方柱后置柔性板组合结构的结构与流场分析模型；S2.2、计算方柱后置柔性板组合结构模型在相同雷诺数Re下的涡激振荡运动，经数值实验得到后置不同长度、不同柔度的柔性板下的升力系数、阻力系数、组合结构振荡无量纲幅度；S3、对比单个方柱与方柱后置柔性板组合结构涡激振荡运动学及动力学响应：根据步骤S1和S2的计算结果，对单个方柱和不同长度、不同柔度下方柱后置柔性板组合结构的升力系数、阻力系数、振荡无量纲幅度进行对比，分析后置柔性板组合结构的减振、减阻效果；S4、得到减振、减阻效果最好的方柱后置柔性板组合结构的模型参数。5.根据权利要求4所述的后置柔性板的方柱涡激振荡抑制组合结构的设计方法，其特征在于，步骤S1.2中，方柱的结构
‑
弹簧
‑
阻尼模型在流场中的运动由纵向运动方程式(1)控制式中：Y为方柱振荡无量纲幅度，Y＝y/D，y为方柱的纵向位移，D为方柱边长，分别表示方柱无量纲速度、方柱无量纲加速度；ξ为阻尼比；U
*
为折减速度，U
*
＝U
∞
/f
n
D，f
n
为方柱的固有频率，U
∞
为流体流速；C
L
为升力系数，F
L
为方柱受到的升力，ρ
f
为流体密度；m
*
＝m/ρ
f
D2为方柱与流体的质量比，m为方柱的质量；流体运动通过N
‑
S方程的求解或通过格子玻尔兹曼方法进行求解；其中，粘性不可压缩流场运动采用N
‑
S方程：
式中：ρ
f
为流体密度，p为流体压力，u为速度矢量，t为时间，μ为流体动力粘度系数，f为力密度；格子玻尔兹曼方法即，离散求解格子玻尔兹曼方程，控制方程如下：f
α
(x+e

【专利技术属性】
技术研发人员：邵江燕，温佳栋，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：