双稳弹簧涡激振动的数值模拟：与平衡约束的一致性
流体动力学
2021-04-13 v1
摘要
我们给出了基于浸没边界法的二维数值模拟结果，模拟对象为均匀流体中连接双稳弹簧并发生涡激振动(VIV)的圆柱。由2个势阱构成的双稳弹簧的弹性势能，由势阱最小值间距与势阱深度定义。我们在宽范围约化速度下，对线性弹簧以及具有两种不同阱间间距的双稳弹簧进行了VIV模拟。正如预期，大振荡幅值对应于升力与弹簧-质量系统固有频率的锁频。双稳弹簧VIV发生锁频的约化速度范围相较线性弹簧VIV显著更大，尽管最大可能幅值似乎与弹簧类型无关。对于双稳弹簧VIV，圆柱在锁频区间内经历双阱振荡。当阱间距离减小时，发生锁频的约化速度范围增大。在不同弹簧的相同等效约化速度下，涡脱落模式与幅值趋势看起来相似。此处结果与我们先前的理论一致，其中我们基于结构的平均动能收支提出了一种新的“平衡约束(EC)”。对于给定的弹簧势能，固有频率曲线与EC曲线的交点给出了应发生锁频的约化速度可能范围。我们的数值模拟显示，所有模拟的幅值-结构频率数据大致坍缩到同一曲线上，从而支持了EC的存在，并为VIV振荡中的趋势提供了解释。
引用
@article{arxiv.2103.12133,
title = {Numerical Simulation of Vortex-Induced Vibration With Bistable Springs : Consistency with the Equilibrium Constraint},
author = {Rameez Badhurshah and Rajneesh Bhardwaj and Amitabh Bhattacharya},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.12133},
year = {2021}
}
备注
37 pages. The present study provides fundamental insights into VIV characteristics of bistable springs, which may be useful for designing broadband energy harvesters