渦激振動
關(guān)注創(chuàng)建者：balipoyu 創(chuàng)建時間：2018-06-28
渦激振動的視頻教程
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(dāng)流體經(jīng)過鈍體方柱后，一定雷諾數(shù)下（本模型為低雷諾數(shù)），將會產(chǎn)生渦脫，從而導(dǎo)致柔性板大幅渦激振動。 問題一：低雷諾數(shù)k-e已不再適用，無法產(chǎn)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(xiàn)象，特別對于結(jié)構(gòu)物來說，比如海底管道，輸油管，電纜，都很容易導(dǎo)致疲勞損傷。 ? ? ? 本模擬基于圓柱類結(jié)構(gòu)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(guān)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(tǒng)耦合，對涉及到的各個操作都有詳細(xì)的說明與解釋，很適用于初學(xué)者；往后我會繼續(xù)錄制關(guān)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(zhǔn)，希望多多體諒，大家相互學(xué)習(xí)（本來想錄制無聲版，后面覺得不太好，就錄了聲音，宿舍聲環(huán)境不太好，有少許雜音）。
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渦激振動的實例教程
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(fēng)機(jī)的運行也沒有什么關(guān)系。
舉個例子，把一根蘆葦桿插入水流，水流經(jīng)過它之后會產(chǎn)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(xiàn)象就是“渦激振動”。
這是為什么呢？學(xué)術(shù)點解釋，一定條件下的穩(wěn)定來流繞過規(guī)則物體時，物體兩側(cè)會周期性地產(chǎn)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(xiàn)象被稱作“渦激振動”。換句話說，只要發(fā)生邊界層脫離，就可能出現(xiàn)“渦激振動”，只是流體繞流圓柱體這類規(guī)則物體時產(chǎn)生的“渦激振動”現(xiàn)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(fēng)速條件一旦具備，它肯定會振動給你看的。為什么有經(jīng)驗的師傅在實施普通塔筒吊裝作業(yè)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(nèi)可能的大風(fēng)和塔筒產(chǎn)生“渦激振動”。
為什么“渦激振動”在高低塔筒上的表現(xiàn)會有那么大反差呢？
原因在于低塔筒頻率高，來流所產(chǎn)生的脈動推力和塔筒產(chǎn)生共振的幾率比較低，所以在一般允許吊裝條件的風(fēng)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(chǎn)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(xiàn)象僅會出現(xiàn)在機(jī)艙風(fēng)輪沒有安裝的階段，因為在風(fēng)輪安裝后，就沒有“渦激振動”產(chǎn)生的前提條件了。當(dāng)然，在吊裝階段消除“渦激共振”并不是問題，國內(nèi)外早有成熟的解決方案。為讓你別擔(dān)心“渦激振動”這件事，介紹幾種消除渦激共振的方案。
展開 研究背景
2020年虎門大橋的振動引起了學(xué)術(shù)界和網(wǎng)民的廣泛關(guān)注和討論。許多土木工程領(lǐng)域的學(xué)者首先指出，這應(yīng)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(yán)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(fā)現(xiàn)"卡門渦旋誘發(fā)了結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，顫振是塔科馬大橋倒塌的原因"這一描述。
當(dāng)流體在障礙物周圍流動時，會發(fā)生周期性的渦脫落，這就產(chǎn)生了所謂的渦街。由于馮·卡門（美國航天之父，錢學(xué)森的導(dǎo)師）最先研究該現(xiàn)象，故被命名為卡門渦街。卡門渦街在自然界中經(jīng)常出現(xiàn)，經(jīng)典的圓柱障礙物卡門渦街?jǐn)?shù)值模擬，對理解卡門渦街對各種技術(shù)應(yīng)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(xiàn)不完全一樣，簡單用圓柱形狀對障礙物進(jìn)行簡化是不準(zhǔn)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(jié)果結(jié)合風(fēng)洞試驗可為工程實踐中橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計提供有效的指導(dǎo)。
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(jìn)行建模和計算，懸索橋梁在持續(xù)8級強(qiáng)風(fēng)（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(jié)果
速度場計算結(jié)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 人類正試圖利用渦激振動來進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)。如若成功，不需要齒輪傳動裝置的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，可以大大節(jié)約生產(chǎn)制及維護(hù)成本。因為可以直接利用風(fēng)對高大鈍體產(chǎn)生的渦激振動，利用振動產(chǎn)生的機(jī)械能發(fā)電。
對于海洋工程上普遍采用的圓柱形斷面結(jié)構(gòu)物，這種交替發(fā)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(fā)生彈性變形，那么脈動流體力將引發(fā)柱體(管體)的周期性振動，這種規(guī)律性的柱狀體振動反過來又會改變其尾流的瀉渦發(fā)放形態(tài)。這種流體一結(jié)構(gòu)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(tǒng)作為一個統(tǒng)一的動力系統(tǒng)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(guān)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(tǒng)的外加載荷，動壓力的大小取決于彈性系統(tǒng)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(tǒng)振動的位移、速度和加速度。這種互相作用的物理性質(zhì)表現(xiàn)為流體對于彈性系統(tǒng)在慣性、阻尼和彈性諸方面的耦合現(xiàn)象。
由慣性耦合產(chǎn)生附連質(zhì)量，在有流速場存在的條件下，由阻尼耦合產(chǎn)生附連阻尼，由彈性耦合產(chǎn)生附連剛度。流體的附連質(zhì)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(tǒng)的特性，其關(guān)系式相當(dāng)復(fù)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(fā)放頻率f可用無量綱參數(shù)斯特勞哈爾數(shù)St（Strouhal Number）來表示，表達(dá)式為：
f=St*V/D
St是構(gòu)件剖面形狀與雷諾數(shù)Re的函數(shù)，其定義式為St=D/（V*T）。
其中：V為垂直于構(gòu)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(guān)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(fā)的渦激振動是一個多物理場耦合，相互作用的復(fù)雜過程。
展開 三、權(quán)威保障：覆蓋全技術(shù)方案，適配多行業(yè)需求
流固耦合場景復(fù)雜，不同行業(yè)、不同問題需要不同技術(shù)方案 —— 技術(shù)鄰課程全面覆蓋 ABAQUS 流固耦合 3 大類核心技術(shù)，確保對各類工程問題的“權(quán)威性解決能力”：
技術(shù)方案
適用場景
權(quán)威保障亮點
本地耦合（基于 ABAQUS/CFD）
基礎(chǔ)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(fù)雜場景
拆解網(wǎng)格劃分、自由表面處理、邊界條件優(yōu)化等核心難點，提供航天級項目的建模思路
協(xié)同仿真（基于 MpCCI/CSE）
大型風(fēng)場分析、橋梁渦激振動、跨軟件聯(lián)合仿真（如對接 STAR-CCM+/Fluent）
詳解 MpCCI 平臺操作、CSE 接口調(diào)用，結(jié)合 “虎門大橋渦激振動” 等標(biāo)桿項目，傳授協(xié)同仿真的工程化方法
綜上，技術(shù)鄰 ABAQUS 流固耦合課程的權(quán)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(yè)工程師，還是需要突破技術(shù)瓶頸的 CAE 從業(yè)者，選擇技術(shù)鄰，就是選擇 “專業(yè)、可靠、能落地” 的權(quán)威培訓(xùn)。
展開 
渦激振動的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
渦激振動的最新內(nèi)容
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(xiàn) “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(zhàn)派” vs 會操作的 “軟件工”
1) 技術(shù)鄰：主講人鄧怡超是哈工大力學(xué)碩士，曾任航天系統(tǒng) CAE 工程師，擁有 10 余年實戰(zhàn)經(jīng)驗，主導(dǎo)過 “重點軍貿(mào)型號結(jié)構(gòu)分析”“虎門大橋渦激振動協(xié)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(guī)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(jīng)驗，只會照著教程講操作，遇到你項目中的復(fù)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(wǎng)格劃分、自由表面處理等難點，結(jié)合動力學(xué)響應(yīng)分析
協(xié)同仿真（基于 MpCCI/CSE）
虎門大橋渦激振動
工程經(jīng)驗夠硬核：10 余年 ABAQUS 全場景應(yīng)用經(jīng)驗，精通流固耦合、非線性沖擊、聲固耦合等復(fù)雜仿真技術(shù)，曾主導(dǎo) “重點軍貿(mào)型號復(fù)雜裝配體剛度 / 強(qiáng)度分析”“航天器尾噴管隨機(jī)載荷碰撞仿真”“虎門大橋渦激振動協(xié)同分析” 等國家級項目，對工程實際問題的理解遠(yuǎn)超普通講師；
2.
幾何模型與流體域：
幾何模型取用的知網(wǎng)某論文，網(wǎng)格全四邊形，計算精度高，用的層疊網(wǎng)格。
udf導(dǎo)入：2dof，龍格庫塔法
監(jiān)測：x、y向位移，三分力系數(shù)等
結(jié)果：速度云圖
結(jié)果：位移時程曲線
現(xiàn)階段，數(shù)值水池當(dāng)務(wù)之急的任務(wù)是利用已有的成熟且不失先進(jìn)性的技術(shù)（包括CFD技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等），為船舶工業(yè)界提供急需的單項水動力學(xué)性能預(yù)報、評估等應(yīng)用服務(wù)，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(xiàn)象也稱為“渦激振動”（Vortex-Induced Vibration ：VIV）。
原設(shè)計（左），優(yōu)化（右）
原設(shè)計（左），優(yōu)化（右）
CAD造型：原設(shè)計（左），優(yōu)化（右）
案例：汽車擾流板的渦激振動優(yōu)化（流固耦合)
CFD 模擬還有助于評估以下現(xiàn)象：
渦激振動 (VIV)：由于渦流脫落引起的振動，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞。
渦激運動 (VIM)：由于渦旋脫落引起的運動，這會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)振蕩、俯仰或滾動，這可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。
CFD 仿真可以對復(fù)雜的流動進(jìn)行建模，以提供對高應(yīng)力和振動區(qū)域的詳細(xì)分析。
這種現(xiàn)象也稱為“渦激振動”（Vortex-Induced Vibration ：VIV）。
