低质量-阻尼比下涡激振动中有效阻力与升力的相位动力学

在这项工作中，我们研究了具有极低质量和阻尼值的弹性支撑圆柱体的涡激振动动力学。我们使用两种方法来研究这一经典问题：首先，我们计算圆柱体运动与流体作用力之间的瞬时相位；其次，我们将总水动力分解为分别沿和垂直于瞬时有效攻角作用的阻力与升力分量。我们聚焦于大幅响应区间的相位动力学，该区间由响应的初始分支、上分支和下分支组成。横向力与位移之间的瞬时相位显示出重复的相位滑移，将上分支后半段中恒定或连续漂移相位的时段分隔开。升力分量与位移之间的相位在大幅区间内表现出强锁相——平均相位随主频率线性变化——然而该相位的调制在上分支后半段最大。这些观察表明，大幅响应动力学由两个截然不同的极限环驱动：一个在上分支起始处极小减速度范围内稳定，另一个由下分支构成。它们之间的混沌振荡——上分支的大部分——发生在两个极限环均不稳定时。上分支与下分支之间的转变以间歇性切换为标志，在恒定减速度下存在不同时段的不同状态。这些不同状态在升力与位移的相位中清晰可见，说明了所采用力分解的效用。