渦激的案例
別為“渦激振動”這點事兒擔心
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 橋梁渦激振動問題的ABAQUS數值模擬
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 渦激振動來源與趣談
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。
分享：渦激振動VIV
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 
斜拉索那點事兒（四）——斜拉索的振動
拉索的風致振動
1
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。
展開 經過近兩個月的試驗檢測分析，賽格廣場大廈有感振動的直接原因終于被查出來了！
對于一般高層建筑，通常發生順風向抖振和橫風向渦激振動。由經典的圓柱繞流問題可以發現，建筑截面在風作用下將在橫風向產生交替的旋渦，形成兩側交替脫落的現象。
△卡門渦街
這種卡門渦街現象使得結構表面橫向風壓出現周期性變化，當變化頻率與結構自振頻率接近時，將會發生渦激共振現象，使得結構發生明顯的振動現象甚至失穩。
△超高層渦激共振
旋渦脫落頻率
在實際工程結構設計中，不同建筑截面的旋渦脫落頻率與斯托羅哈數有關：
公式中ns為完成脫落一個旋渦脫落的頻率，D為垂直于來流風向上的平面投影尺寸，U為來流平均風速。根據結構風工程研究成果，斯托羅哈數只和截面形狀和雷諾數相關。從上式可知，渦激共振只有當處于接近共振風速范圍時才會發生。在實際結構設計中，一定要避免受力結構自振頻率接近渦脫頻率！
什么是建筑結構流固耦合仿真分析？
國內外研究學者針對風場特性、結構動力特性以及結構風振位移開展了大量研究工作。其中，基于氣動彈性風洞試驗研究在實際建筑流固耦合分析中應用最為成熟，但存在縮尺比帶來的雷諾數問題、氣動彈性模型制作復雜和試驗難度大等不足之處。
△建筑風洞試驗
隨著近年來計算機效率迅速提升和計算流體力學(CFD)算法日益成熟，基于CFD和有限元動力計算方法(FEM)聯合求解的流固耦合仿真技術可以作為風洞試驗的補充，為復雜建筑定性和定量風振分析提供設計參考。
展開 斜拉橋拉索的振動及其減振措施
渦激共振
在風的作用下，風繞過圓柱體后，在尾流中將出現交替脫落的漩渦。周期性的渦激力將引起拉索的渦激振動，當漩渦脫落頻率和拉索固有頻率一致時，將發生渦激共振。渦激共振有以下特征：
渦激共振是一種有限振幅的振動；
渦激共振只在一個或幾個風速區域內發生，存在風速鎖定區；
渦激共振響應對斷面形狀的微小變化很敏感。
2. 風雨激振
在風和雨的共同作用下，由于拉索表面水線的出現，改變了拉索的截面形狀，使其失去在氣流中的穩定性，由此使得拉索很容易發生一種大幅振動。這種振動就稱為風雨激振（也稱風雨振），這也是斜拉索風致振動中最強烈的一種。由于風雨激振是結構、風、雨三者相互作用產生的結果，使得風雨激振的振動機理比較復雜。風雨振動特征有：
拉索風雨振的振幅遠大于其他風致振動的振幅，大多數情況下拉索風雨振的振幅幅值能達到2倍索直徑，個別甚至達到5倍左右索直徑，有的可能會導致相鄰拉索相互碰撞。
發生風雨振的拉索頻率一般在0.3~3Hz之間，多模態同時被激勵，頻率成分較多。
3.
展開 橋梁箱梁渦激振動（渦振）仿真 ￥245
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
哪家ABAQUS流固耦合課程權威？首選技術鄰，實力鑄就專業
三、權威保障：覆蓋全技術方案，適配多行業需求
流固耦合場景復雜，不同行業、不同問題需要不同技術方案 —— 技術鄰課程全面覆蓋 ABAQUS 流固耦合 3 大類核心技術，確保對各類工程問題的“權威性解決能力”：
技術方案
適用場景
權威保障亮點
本地耦合（基于 ABAQUS/CFD）
基礎流固耦合分析（如共軛傳熱），需適配 6.10-2016 版本
針對版本限制提供專屬操作技巧，搭配實際案例演示，確保低版本軟件也能高效完成分析
多物理場（基于 CEL/SPH/ALE）
高速流體沖擊、彈體入水、波浪船體耦合等復雜場景
拆解網格劃分、自由表面處理、邊界條件優化等核心難點，提供航天級項目的建模思路
協同仿真（基于 MpCCI/CSE）
大型風場分析、橋梁渦激振動、跨軟件聯合仿真（如對接 STAR-CCM+/Fluent）
詳解 MpCCI 平臺操作、CSE 接口調用，結合 “虎門大橋渦激振動” 等標桿項目，傳授協同仿真的工程化方法
綜上，技術鄰 ABAQUS 流固耦合課程的權威，不是靠宣傳，而是靠 “能解決實際問題、能教會核心技能、能保障長期效果” 的硬實力。無論你是高校科研人員、企業工程師，還是需要突破技術瓶頸的 CAE 從業者，選擇技術鄰，就是選擇 “專業、可靠、能落地” 的權威培訓。
展開 叉型懸臂梁渦街振動數值仿真 ￥500
</p><p>渦激振動是由于漩渦的交替脫落，產生脈動載荷，當其與結構固有頻率接近時，會導致結構在外載荷作用下出現共振，即所謂的渦激共振。</p><p>本案例建立了一叉型懸臂梁結構模型，并基于COMSOL軟件的流-固耦合方法模擬了叉型懸臂梁渦街振動過程，模擬結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202302/4ba065906b50463db1641ac8652bb607.gif" alt="Untitled.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>速度場及梁振動的變化</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202302/93196be1a7d84366961338181a9f42b5.gif" alt="Untitled2.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>渦流場的分布變化</strong></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流合作</p>
展開 減少渦流脫落：使用 CFD 模擬和分析振蕩流型
作者Cadence CFD 解決方案
關鍵要點
渦旋脫落及其影響
共振頻率和渦激振動在故障分析中的作用
使用 CFD 工具分析渦旋脫落行為
旋渦脫落模擬示例
由于速度差異形成渦流，導致流體呈螺旋狀運動。您可能已經在盆地中以龍卷風或漩渦的形式觀察到這種現象。在空氣動力學中，空氣在穿過機翼時會形成類似的模式。對于流過管道的水，在流體動力學中也存在類似的現象。
當流體流過阻流體并在其后面形成渦流時，就會發生渦流脫落。流動的性質會導致流體不規則分離并引起物體振動，從而導致故障。因此，減少渦流脫落很重要。使用 CFD 工具，可以模擬渦流脫落、分析其行為并相應地優化設計。
了解渦流脫落
為了解釋這種現象，已經進行了多項研究來分析工業煙囪等結構在風流過時的行為。當由鋼制成的塔或煙囪等高大結構遇到以相當大的速度吹來的風時，結構的下側會形成低壓區。當風流繼續超出結構屏障時會發生渦流脫落，從而產生振動效果。這種振動可能導致結構的嚴重損壞和故障。
同樣的概念也適用于管流，其中熱電偶套管或接頭（T 型接頭或角接頭）等組件充當鈍體。這是流動路徑改變的地方，導致渦流脫落。當渦旋脫落的頻率與管道系統的固有頻率相匹配時，很可能發生振動和失效。
渦流脫落導致管道系統疲勞
連續振蕩或渦激振動 (VIV)會使管道系統容易出現多個應力循環。隨著疲勞因應力而累積，可能會出現裂紋，最終導致整個系統失效。考慮到在雷諾數范圍很廣時可能發生渦旋脫落，確定故障何時發生可能很困難。
然而，可以確定渦旋脫落發生的頻率。該值取決于斯特勞哈爾數——描述流體流動振蕩機制的因素。
展開 
深水Spar平臺渦激運動及其影響研究
深水Spar平臺渦激運動及其影響研究
共振、渦振、顫振、抖振、喘振、馳振、渦街都是什么意思？
橋梁渦振是一種兼有自激振動和強迫振動特性的有限振幅振動，它在一個相當大的風速范圍內，可保持渦激頻率不變，產生一種“鎖定”(lock-on) 現象。
橋梁渦激共振的有限振幅計算是一個十分重要但又異常困難的問題，目前國內外還沒有形成一套比較完整的橋梁渦振分析理論。
實用上，采用一種半理論半實驗的方法，以近似地估算渦激共振的振幅。
渦振的英語是vortex-induced oscillation。
03 顫振
顫振指的是在氣動力的作用下，由于結構本身具有彈性和慣性，流動與結構互相耦合作用而發生的一種自激振動現象。
抖振通常指的是由于流動本身存在分離、激波附面層干擾等非定常特性，導致加載在彈性結構上的氣動力呈現周期性而造成的結構強迫響應。也就是說在傳統定義下，經典顫振是一種自激振動。
除此之外，還有大攻角下的失速顫振現象，有的學者認為這類存在強分離條件的結構振動是顫振與抖振共存的。
展開 結構仿真工程師補流體基礎并學Abaqus流固耦合，求操作與理論并重課程推薦
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。先講解渦激振動的流體力學原理（卡門渦街形成機制），再演示流場建模（風場參數設置、結構振動監測點布置）、耦合分析設置（流場與結構的動力耦合參數），最后通過結果分析（流場速度云圖、結構振動位移曲線），復盤理論與操作的對應關系，幫你理解流場特性如何影響結構響應；
2) 案例二：高速流體沖擊分析。先講解高速流體的動量傳遞理論、沖擊載荷的計算原理，再演示流體域定義（EOS 狀態方程選擇）、沖擊邊界設置（速度 / 壓力載荷施加）、求解控制（時間步長調整以捕捉瞬時沖擊），最后通過結果（結構應力分布、流體壓力變化）驗證理論與操作的一致性。
3. 實操輔助：保障學習效果落地：技術鄰課程為每一個實操案例配套完整的學習資料，包括：
1) 操作視頻：完整錄制從建模到求解的全流程操作，標注關鍵步驟的理論依據；
2) 教程文檔：詳細記錄每一步操作的參數設置、理論邏輯，以及常見問題的解決方法（如操作中遇到網格畸變的理論原因與調整方案）；
3) CAE 模型：提供可直接打開的完整模型，方便你對照修改、反復練習，將理論知識轉化為實際操作能力。
四、技術鄰平臺的額外保障
1. 基礎要求友好：課程僅需你具備 Abaqus 軟件基本操作和 inp 文件結構的基礎認知，無需提前掌握復雜的流體力學知識，從適合結構工程師的起點開展教學，降低學習門檻。
2. 定制化服務支持：若你有特定的流體基礎薄弱點或感興趣的流固耦合方向，可通過技術鄰平臺與講師溝通，講師會在課程中針對性補充相關理論與操作內容，確保學習更精準。
3.
展開 賽格大廈振動的原因是什么？專業分析
那么后面我們分析，在大樓天臺的桅桿的獨立振動，有三個主要頻率，第一個頻率是1.6赫茲，第二個頻率是1.9赫茲，第三個頻率是2.1赫茲，2.1赫茲所激發起來的振動跟昨天大樓所表現出來的振動是一致的，所以我們是基于這樣的一個判斷，
認為大樓的振動是由于樓頂桅桿的渦激共振所引起的。
我們從現場實測的風速情況，也大致可以做出這樣的判斷。在大樓的天臺上，深圳市氣象局安裝了超聲風速儀，上面顯示當時的最大風速大約在10米每秒左右。考慮到它的安裝位置是離樓頂大約兩米左右的高度，桅桿要比樓頂高幾十米，所以上面的風速超過10米是很自然的。
桅桿的直徑大約在1.3米，基于我們風工程的一些基本理論，我們知道對這樣圓形的桅桿，1.3米直徑，其渦激共振的臨界風速大約在12m/s左右，都是跟現場實測的風速可以有印證關系的，所以才得出這樣的一個結論。
問：
能不能請您科普一下曾經發生過振動的高層建筑、橋梁事件，其中涉及哪些科學原理？
肖教授：
我先說一下高層建筑，比如說像2018年的臺風山竹過來的時候，深圳有好多的高層建筑都產生了比較大的一個振動。
但是實際上這個振動它也不會引起結構的安全問題，這個振動是風的脈動成分激勵起工程結構的一個強迫振動的效果。對于像平安大廈這樣的一個將近600米高的一個大樓，它在風作用下即便產生一米的位移也仍然是安全的。
第二個就是像我們賽格廣場，賽格昨天出現的情況是不常見的，雖然我們可以用工程原理去解釋，但不是經常出現的。
它是高階振型被激發起來，而不像一般的大樓的振動，都是低階振型更容易激發起來。怎么判斷低階振型跟高階振型呢？
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