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模型化动力学弹性导管中流体-结构相互作用:自激振动临界判据的改进

流体动力学 2025-10-28 v1 应用物理

摘要

我们对 Starling 电阻中观察到的流体-结构相互作用进行理论描述。典型 setup 由一段预拉伸的有限长度薄壁弹性导管组成,该导管夹在两个刚性导管之间。可折叠段被压在压力腔内,通过在下游端施加轴向体积通量驱动流体通过系统。我们基于长波长薄壁假设,使用自身结果来建模壁力学。这些结果源于广义特征值问题的求解,避免了以往研究中引用的任意化近似。随后,我们在假设导管壁振动为小幅、长波长和高频率的条件下,将壁力学与 Navier--Stokes 方程耦合。我们推导出主序 steady 和振荡流体-结构相互作用问题。主序上,系统允许频率和�幅恒定的正规模振动,可以级数形式求解。高阶修正控制振动的缓慢增长或衰减,但(如前述工作)这些增长率可通过分析系统的全局能量预算来确定,无需显式计算高阶项。我们的结果首次对忽略高阶方位模贡献所产生的误差进行形式化分析,使我们能够确定导管壁自激振动临界判据的改进版本。

关键词

引用

@article{arxiv.2510.23250,
  title  = {Modelling Fluid--Structure Interaction in an Initially Elliptical Elastic-Walled tube: Improved Onset Criterion for Self-Excited Oscillations},
  author = {Daniel J. Netherwood and Robert J. Whittaker},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2510.23250},
  year   = {2025}
}

备注

38 pages, 14 figures