[發(fā)明專利]一種考慮運(yùn)動(dòng)氣動(dòng)力的尾流下彈性支撐圓柱馳振分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811365049.1
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN109522648B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 晏致濤;張江滔;孫毅;劉欣鵬;李妍;游溢;胡偉
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶科技學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 重慶蘊(yùn)博君晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50223
• 代理人: 鄭勇

本發(fā)明公開了一種考慮運(yùn)動(dòng)氣動(dòng)力的尾流下彈性支撐圓柱馳振分析方法，本方法概念明確，在得出不同固定位置的氣動(dòng)力荷載模型基礎(chǔ)上進(jìn)行了考慮流固耦合運(yùn)動(dòng)的修正，求解方法簡單明確，能夠有效求解下游圓柱相對上游圓柱的尾流振動(dòng)。包括：S1、三分力系數(shù)模擬工況；S2、升阻力系數(shù)擬合分析；S3、尾流馳振運(yùn)動(dòng)微分方程建立、求解。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及模擬分析技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種考慮運(yùn)動(dòng)氣動(dòng)力的尾流下彈性支撐圓柱馳振分析方法。

背景技術(shù)

輸電線尾流馳振的相關(guān)研究一般均采用風(fēng)洞試驗(yàn)和計(jì)算流體力學(xué)方法。這些方法均不需要明確尾流振動(dòng)的氣動(dòng)力模型。Simpson通過Runge-Kutta法預(yù)測了輸電線路的振幅，采用了不考慮氣動(dòng)阻尼的簡單近似解析函數(shù)對尾流馳振進(jìn)行了初步的非線性研究。其他采用數(shù)值模擬研究尾流作用下圓柱由流體誘發(fā)振動(dòng)仍不夠充分。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種考慮運(yùn)動(dòng)氣動(dòng)力的尾流下彈性支撐圓柱馳振分析方法，本方法概念明確，氣動(dòng)力荷載模型簡單，能夠有效求解下游圓柱的尾流振動(dòng)。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種考慮運(yùn)動(dòng)氣動(dòng)力的尾流下彈性支撐圓柱馳振分析方法，

S1、三分力系數(shù)模擬工況

采用計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT，分別模擬計(jì)算多種T/D工況以及對應(yīng)的L/D工況下，下游圓柱在尾流中的平均升阻力系數(shù)的空間分布，其中，L為圓柱之間沿來流方向的圓心距離，T為圓柱之間垂直于來流方向的圓心距離，D為圓柱直徑，得到平均升阻力系數(shù)模擬結(jié)果：

橫流向，多種圓柱間距離和圓柱直徑比T/D下的平均阻力系數(shù)C_D沿著橫流向的變化規(guī)律；

來流向，多種圓柱間距離和圓柱直徑比L/D下的平均阻力系數(shù)C_D沿著來流向的變化規(guī)律；

橫流向，多種圓柱間距離和圓柱直徑比T/D下的平均升力系數(shù)C_L沿著橫流向的變化規(guī)律；

來流向，多種圓柱間距離和圓柱直徑比L/D下的平均升力系數(shù)C_L沿著來流向的變化規(guī)律；

S2、升阻力系數(shù)擬合分析

采集到一組離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)，采集一組離散的升阻力系數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)，然后采用MATLAB多項(xiàng)式進(jìn)行曲面擬合，擬合出近似的平均阻力系數(shù)C_D、平均升力系數(shù)C_L的近似曲面表達(dá)式，得到需要的范圍空間中任意一點(diǎn)的平均升阻力系數(shù)C_D、C_L的近似值；

S3、尾流馳振運(yùn)動(dòng)微分方程建立、求解

對于尾流馳振問題，可以先將上游結(jié)構(gòu)假定為固定不動(dòng)，將下游結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，分別得到廣義質(zhì)量、廣義剛度、廣義阻尼和廣義力等，這樣將一個(gè)實(shí)際三維結(jié)構(gòu)簡化為一種二維的振子計(jì)算模型，該模型將上游圓柱假設(shè)為固定不動(dòng)，將下游圓柱簡化為一個(gè)擁有兩個(gè)自由度的彈簧振子，以下游圓柱中心為原點(diǎn)，以來流方向?yàn)閤軸，橫風(fēng)向?yàn)閥軸，假定下游圓柱的兩個(gè)自由度分別沿著x軸和y軸兩個(gè)方向建立質(zhì)量系數(shù)為M，剛度系數(shù)分別為K_x和K_y，結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)分別為C_x和C_y，廣義力分別為F_x和F_y，下游圓柱相對上游圓柱的運(yùn)動(dòng)位移分別為x和y的彈簧振子模型，在彈簧振子模型上建立氣動(dòng)力微分方程為：

這里下游圓柱相對于上游圓柱運(yùn)動(dòng)的加速度和速度分別為以及