渦激
關注創建者：azhang9606 創建時間：2021-01-20
渦激的視頻教程
帶彈性分隔板低Re方柱繞流渦激振動-雙向流固耦合(限時半價)
此視頻主要研究的是渦致振動問題。模型分為兩個部分-前方鈍體方柱和后方柔性板，當流體經過鈍體方柱后，一定雷諾數下（本模型為低雷諾數），將會產生渦脫，從而導致柔性板大幅渦激振動。 問題一：低雷諾數k-e已不再適用，無法產生渦脫？ 3-4章解決渦脫問題 問題二：柔性板振幅太小？ ? ? ?5-9章解決振幅問題（注意方法的使用）
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（重磅）近壁彈性圓柱渦振 s/d=1.5（雙向耦合workbench）
附件是未計算的初始保存文件 ? ? ? 渦激振動是非常常見的現象，特別對于結構物來說，比如海底管道，輸油管，電纜，都很容易導致疲勞損傷。 ? ? ? 本模擬基于圓柱類結構物，考慮渦激振動對圓柱振幅，及圓柱尾流場的影響，并研究了間隙比s/d=1.5情況下壁面對尾流場及圓柱振幅的影響。
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workbench柔性圓柱雙向流固耦合
這個課程主要是關于水中柔性圓柱的變形振動，從幾何建模開始，一步一步直至系統耦合，對涉及到的各個操作都有詳細的說明與解釋，很適用于初學者；往后我會繼續錄制關于柱體后附加柔性板的渦激振動視頻，相信很多人都嘗試過這種模擬；這個視頻錄制的時間比較長，比較繁瑣，講的很多地方也會有不準，希望多多體諒，大家相互學習（本來想錄制無聲版，后面覺得不太好，就錄了聲音，宿舍聲環境不太好，有少許雜音）。
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渦激的實例教程
這個“渦激振動”究竟是個什么鬼？！
其實，“渦激振動”算不上什么鬼，它與后來風機的運行也沒有什么關系。
舉個例子，把一根蘆葦桿插入水流，水流經過它之后會產生渦旋，葦桿隨之晃動，而且葦桿越高晃動越厲害，這種自然現象就是“渦激振動”。
這是為什么呢？學術點解釋，一定條件下的穩定來流繞過規則物體時，物體兩側會周期性地產生脫離其表面的渦旋，也就是所謂的邊界層脫離，這種流體與物體相互作用的現象被稱作“渦激振動”。換句話說，只要發生邊界層脫離，就可能出現“渦激振動”，只是流體繞流圓柱體這類規則物體時產生的“渦激振動”現象會更明顯。
具體到塔筒上，其實低塔筒也有“渦激振動”，只不過同樣的來流情景下沒有高塔筒明顯而已，但風速條件一旦具備，它肯定會振動給你看的。為什么有經驗的師傅在實施普通塔筒吊裝作業過程中，一旦遇到空塔筒過夜情況，總是將吊車的吊鉤鉤住塔筒，就是避免夜里很長時間內可能的大風和塔筒產生“渦激振動”。
為什么“渦激振動”在高低塔筒上的表現會有那么大反差呢？
原因在于低塔筒頻率高，來流所產生的脈動推力和塔筒產生共振的幾率比較低，所以在一般允許吊裝條件的風速下，這種振動完全可以忽略不計，但高塔筒的情景就不同了，由于塔筒增高而其頻率降低了，同樣來流的脈動推力和高塔筒產生共振的幾率變高，所以高塔筒的“晃動”就惹人眼球了。
善意提醒的是，“渦激共振”的現象僅會出現在機艙風輪沒有安裝的階段，因為在風輪安裝后，就沒有“渦激振動”產生的前提條件了。當然，在吊裝階段消除“渦激共振”并不是問題，國內外早有成熟的解決方案。為讓你別擔心“渦激振動”這件事，介紹幾種消除渦激共振的方案。
展開 許多土木工程領域的學者首先指出，這應該是比較常見的大跨度橋梁的渦激振動，對橋梁的破壞并不劇烈。然而，許多自媒體引用了1940年塔科馬大橋的倒塌事件來說明渦激振動的嚴重性和破壞性。簡單搜索一下"渦激振動"、"卡門渦街"和"塔科馬大橋"，就會發現"卡門渦旋誘發了結構失穩，顫振是塔科馬大橋倒塌的原因"這一描述。
當流體在障礙物周圍流動時，會發生周期性的渦脫落，這就產生了所謂的渦街。由于馮·卡門（美國航天之父，錢學森的導師）最先研究該現象，故被命名為卡門渦街。卡門渦街在自然界中經常出現，經典的圓柱障礙物卡門渦街數值模擬，對理解卡門渦街對各種技術應用很有意義。
圖1 圓柱障礙物的卡門渦街模擬圖
實際上，如圖2所示流體在繞過不同形狀障礙物時的表現不完全一樣，簡單用圓柱形狀對障礙物進行簡化是不準確的。因此，卡門渦街的工程分析需考慮研究對象真實的幾何形狀，獲得的模擬結果結合風洞試驗可為工程實踐中橋梁結構設計提供有效的指導。
圖2 流體繞過不同障礙物的卡門渦街模擬圖
2. 研究對象
以某懸索橋梁為研究對象，三維的橋梁可以簡單看作橋梁橫截面在縱向上的拉伸，因此簡化為如圖3所示的二維問題。
圖3 某懸索橋梁的橫截面
3. 有限元建模
采用<a href="/major/ABAQUS CFD模塊進行建模和計算，懸索橋梁在持續8級強風（速度20m/s）作用下的渦激振動有限元模型如圖4所示，邊界條件如圖5所示。
圖4 橋梁渦激振動的有限元模型
圖5 橋梁渦激振動的邊界條件
4. 計算結果
速度場計算結果如圖6所示，在橋梁上下選擇兩個對稱點測量速度隨著時間的變化如圖7所示。
圖6 橋梁渦激振動的計算結果
圖7 橋梁上下某兩個對稱點的速度演變
5.
展開 人類正試圖利用渦激振動來進行風力發電機。如若成功，不需要齒輪傳動裝置的風力發電機，可以大大節約生產制及維護成本。因為可以直接利用風對高大鈍體產生的渦激振動，利用振動產生的機械能發電。
需要具有一套完整物理實驗方案和精密的實驗儀器可以把所有的渦激振動相關機型同步觀測，以測定其聯合效應。物理實驗往往很難同時提供流體的瞬時變化數據。
2，數值方法
振動問題。對于數值模擬方法，按照所使用湍流模型的不同，可以將渦激振動的數值模擬方法分為:直接數值模擬方法，雷諾平均N-S方程法，大渦模擬法，渦元法，還有基于上述各種方法的綜合。按照模擬方式的不同又可以分為基于彈性支撐的剛體二維模擬，基于彈性體二維渦元模擬和三維結構插值積分的離散渦元法模擬，以及對于彈性體完全使用三維模型的全流域模擬等等
3，半經驗公式
半經驗公式主要有尾流陣子，單自由度模型，流體力組分模型。
4，流固耦合數值計算軟件
Ansys+CFX
Fluent+Abaqus
Adina
COMSOL Multiphysics(FEMLAB)
假若構件的自振頻率與漩渦的發放頻率相接近就會使結構發生共振破壞，這種現象容易發生在高聳結構物上，因此這種渦激振動是極其有害的，需采取措施阻止它的發生。一般可采取兩方面措施：一是對于構件進行剛性加固，或者增大尺度提高其剛度，改變構件的自振頻率，避免它與漩渦發放頻率相接近；二是想辦法改變構件后的尾流場，破壞尾流場漩渦的規律性泄放，如在結構上安裝螺旋線立板和改變結構截面形狀等。
展開 拉索的風致振動
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渦激共振
在風的作用下，拉索從振動的風中吸收能量，產生一種帶有自激特點的受迫振動，在拉索上表現為因漩渦脫落而引起的渦激共振。
當流體繞過圓柱體后，在尾流中將出現交替脫落的漩渦，且漩渦的頻率，風速，圓柱體的直徑之間存在以下關系：
這就是著名的斯托羅哈數，由Strouhal于1898年提出。
漩渦脫落頻率：
下圖是雷諾數和漩渦脫落的關系：
如果被繞流的拉索是振動體，周期性的渦激力將引起拉索的渦激振動（Vortex-induced Vibration），當漩渦脫落頻率和拉索固有頻率一致時，將發生渦激共振。
由于拉索長度一般在50~400m之間，拉索的基頻在0.25~2Hz之間，隨長度而異。由共振條件：漩渦脫落頻率與拉索頻率一致。可知，能發生渦激共振的臨界風速為：
拉索的外徑約為0.2左右，拉索的一階渦激共振的臨界風速僅有0.25~2m/s如此低的風速所能產生的渦激力將難以提供激起拉索低階大幅度振動的能量，故而，一般而言，拉索的渦激共振一般發生在較高階的振動，對于長拉索高達十幾階的高頻振動。
從上式可以發現，漩渦脫落頻率和風速程線性關系，共振也只在拉索某一階頻率對應的某一個風速才發生。但實際上，當漩渦脫落頻率與某一階頻率接近時，將引起被繞流物體較大的振動，物體和流體之間便開始了劇烈的相互作用，拉索振動體系將對風的漩渦脫落產生反饋作用，使得漩渦脫落頻率在相當長的風速范圍內被拉索固有頻率“俘獲”，一般稱為“鎖定（Lock-on）現象”，這就使得渦激共振的風速范圍擴大。
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專項案例實操：聚焦工程實際場景：課程精選大量貼近工程的流固耦合案例，每個案例均實現 “理論拆解 - 全流程操作 - 問題解決” 的深度覆蓋：
1) 案例一：虎門大橋渦激振動 - 流場分析。
師資：懂工程的 “實戰派” vs 會操作的 “軟件工”
1) 技術鄰：主講人鄧怡超是哈工大力學碩士，曾任航天系統 CAE 工程師，擁有 10 余年實戰經驗，主導過 “重點軍貿型號結構分析”“虎門大橋渦激振動協同仿真” 等國家級項目，不僅會教軟件，更懂工程實際需求，能幫你規避 “紙上談兵” 的坑；
2) 普通課程：講師多是 “軟件熟練工”，缺乏實際工程經驗，只會照著教程講操作，遇到你項目中的復雜問題
拆解版本限制下的操作技巧，搭配溫度場仿真案例演示
多物理場（基于 CEL/SPH/ALE）
高速流體沖擊、高速彈體入水、波浪船體耦合
攻克網格劃分、自由表面處理等難點，結合動力學響應分析
協同仿真（基于 MpCCI/CSE）
虎門大橋渦激振動
工程經驗夠硬核：10 余年 ABAQUS 全場景應用經驗，精通流固耦合、非線性沖擊、聲固耦合等復雜仿真技術，曾主導 “重點軍貿型號復雜裝配體剛度 / 強度分析”“航天器尾噴管隨機載荷碰撞仿真”“虎門大橋渦激振動協同分析” 等國家級項目，對工程實際問題的理解遠超普通講師；
2.
幾何模型與流體域：
幾何模型取用的知網某論文，網格全四邊形，計算精度高，用的層疊網格。
udf導入：2dof，龍格庫塔法
監測：x、y向位移，三分力系數等
結果：速度云圖
結果：位移時程曲線
現階段，數值水池當務之急的任務是利用已有的成熟且不失先進性的技術（包括CFD技術、計算機技術、網絡技術等），為船舶工業界提供急需的單項水動力學性能預報、評估等應用服務，包括：船舶快速性虛擬試驗、船舶耐波性虛擬試驗、船舶操縱性虛擬試驗、螺旋槳空泡與激振力虛擬試驗、海洋平臺運動與載荷虛擬試驗、渦激振動與渦激運動虛擬試驗等。
這種現象也稱為“渦激振動”（Vortex-Induced Vibration ：VIV）。
原設計（左），優化（右）
原設計（左），優化（右）
CAD造型：原設計（左），優化（右）
案例：汽車擾流板的渦激振動優化（流固耦合)
CFD 模擬還有助于評估以下現象：
渦激振動 (VIV)：由于渦流脫落引起的振動，會導致結構疲勞。
渦激運動 (VIM)：由于渦旋脫落引起的運動，這會導致結構振蕩、俯仰或滾動，這可能導致結構失效。
CFD 仿真可以對復雜的流動進行建模，以提供對高應力和振動區域的詳細分析。
這種現象也稱為“渦激振動”（Vortex-Induced Vibration ：VIV）。
