圓柱渦激振動的案例
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
分享：渦激振動VIV
對于海洋工程上普遍采用的圓柱形斷面結構物，這種交替發放的瀉渦又會在柱體上生成順流向及橫流向周期性變化的脈動壓力。如果此時柱體是彈性支撐的，或者柔性管體允許發生彈性變形，那么脈動流體力將引發柱體(管體)的周期性振動，這種規律性的柱狀體振動反過來又會改變其尾流的瀉渦發放形態。這種流體一結構物相互作用的問題被稱作“渦激振動”（Vortex-Induced Vibration ：VIV）。
在處理渦激振動問題時，把流體和固體彈性系統作為一個統一的動力系統加以考慮，并找到兩者的耦合條件，是解決這個問題的重要關鍵。在渦激振動過程中，流體的動壓力是一種作用于彈性系統的外加載荷，動壓力的大小取決于彈性系統振動的位移、速度和加速度;另一方面，
流體動壓力的作用又會改變彈性系統振動的位移、速度和加速度。這種互相作用的物理性質表現為流體對于彈性系統在慣性、阻尼和彈性諸方面的耦合現象。
由慣性耦合產生附連質量，在有流速場存在的條件下，由阻尼耦合產生附連阻尼，由彈性耦合產生附連剛度。流體的附連質量、阻尼和剛度取決于流場的流動特征參量（諸如流速、水深、流量等）、邊界條件以及彈性系統的特性，其關系式相當復雜。用實驗或理論方法求出這些附連的量，是水彈性問題研究中的重要課題。實驗證明，漩渦的發放頻率f可用無量綱參數斯特勞哈爾數St（Strouhal Number）來表示，表達式為：
f=St*V/D
St是構件剖面形狀與雷諾數Re的函數，其定義式為St=D/（V*T）。
其中：V為垂直于構件軸線的速度（m/s）；
D為圓柱直徑或柱體的其他特征長度（m）；
T為相關的特征時間（s）。
目前，主要的研究方法有三種：
1，實驗方法
瀉渦脫落引發的渦激振動是一個多物理場耦合，相互作用的復雜過程。
展開 渦激振動來源與趣談
在講渦激振動前，先談談渦激振動的來源：通常振動按照不同響應形式可以劃分為：抖振，渦激振動和自激振動。其中，自激振動又可以分為馳振和顫振。渦激振動的“典故”有這么一說：
有一天，詩仙李白心情很郁悶，拿著刀到河邊去砍水，砍完后還是不爽，便把刀往河里一插，開始思考人生。可是，他發現水流在刀的阻擋下，流速并沒有放緩，反而增加湍急了；于是詩仙寫下了：《宣州謝脁樓餞別校書叔云》
棄我去者，昨日之日不可留；
亂我心者，今日之日多煩憂。
長風萬里送秋雁，對此可以酣高樓。
蓬萊文章建安骨，中間小謝又清發。
俱懷逸興壯思飛，欲上青天覽明月。
抽刀斷水水更流，舉杯消愁愁更愁。
人生在世不稱意，明朝散發弄扁舟。
這是一個鈍體繞流問題。在邊緣處（刀刃），水拐了個大彎往前流，由于受到壓縮速度變快（流量相等，截面積變小，速度變快）與之前的流場形成剪切層；剪切層不穩定，尤其在慣性力遠大于粘性力/表面張力/地心引力,剪切層破壞，形成更加湍急的漩渦。如果流速夠快，或者李大俠能夠卸劍劃水，或許可以看到卡門渦街。當漩渦脫離固體是，由于漩渦是非對稱的，所以會受到側向力，而這個側向力與漩渦頻率有關；即當固體頻率和漩渦頻率接近時，發生共振。由此，固體在漩渦作用下產生的振動叫渦激振動。
海洋石油隔水管，其圓柱狀的彈性管體，使漩渦非對稱的脫落形成側向力，側向力作用于彈性管體，使其發生變形，這個變形又反過來影響漩渦的周期性發放，最終使管體發生共振；歷史上有塔科馬海峽吊橋，便是因為渦激振動產生了共振而倒塌。
《老子》寫道，水善利萬物而不爭。渦激振動有利用的地方嗎？其實魚在水中游動，產生繞流，同時會產生相應的頻率；顯然，金魚和鯊魚不在一個量級，海洋中不同魚種互不串臺。海豹的胡須就是一個探測器，對食物魚類特別敏感。
展開 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
研究背景
2020年虎門大橋的振動引起了學術界和網民的廣泛關注和討論。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。
展開 FLUENT中應用Open Channel Flow
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基于FLUENT嵌套網格的串列雙圓柱渦激振動數值模擬
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