串列布置下柔性悬臂梁的流致振动

本文研究了串列布置下柔性圆柱悬臂梁的流固耦合（FSI）。采用基于三维不可压缩 Navier-Stokes 方程和 Euler-Bernoulli 梁方程的完全耦合流固求解器，数值考察该悬臂梁的耦合动力学。我们评估了此类柔性结构在雷诺数（$Re$）亚临界与超临界区间内维持振动的能力。对孤立与串列布置下的时空功率传递模式、响应幅值及涡量动力学进行了量化与比较。分析结果表明，串列布置下的悬臂梁易于发生依赖于 $Re$ 和约化速度参数（$U^*$）的持续振动。在亚临界 $Re$ 区间，悬臂梁出现持续振动，其横向振动峰值幅值出现在特定 $U^*$ 范围内。在此范围内，横向振动表现出锁频行为并与涡脱落频率同步。亚临界 $Re$ 区间的涡量动力学显示，串列布置中上游圆柱的存在显著改变了尾流结构，延迟了涡的形成并延长了近尾流。在超临界 $Re$ 区间，悬臂梁在 $U^*$ 方面表现出更宽的持续振动范围，由涡-体相互作用驱动的单频与多频动力学出现。功率传递分析显示了流体与柔性结构之间的周期性能量交换模式，沿悬臂梁的水动力载荷存在显著变化。本工作发现有助于拓宽对柔性悬臂梁持续振动的理解，并与悬臂式流量传感器的设计相关。