渦激振動實驗裝置的設(shè)計

渦激振動實驗裝置的設(shè)計第一頁，共9頁。渦激振動概述

從流體的角度來分析，任何非流線型物體，在一定的恒定流速下，都會在物體兩側(cè)交替地產(chǎn)生脫離結(jié)構(gòu)物表面的旋渦。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”。第二頁，共9頁。渦激振動概述

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。第三頁，共9頁。渦激振動概述

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。第四頁，共9頁。

第五頁，共9頁。研究方法1.實驗法。本裝置使用平面運(yùn)動機(jī)構(gòu)，同時在水平和垂直方向通過滑塊的運(yùn)動來模擬流場對于研究對象的渦激振動現(xiàn)象。拖曳水池中的剛性管件模型的多角度雙向強(qiáng)迫振蕩模型試驗裝置2.數(shù)值法。3.半經(jīng)驗公式。第六頁，共9頁。

垂直平面運(yùn)動機(jī)構(gòu)(VPMM)（1步進(jìn)電機(jī)2齒輪箱3偏心機(jī)構(gòu)4光電控制5軸承6拖車安裝架7導(dǎo)流罩8振蕩桿9力傳感器10螺旋槳電機(jī)）第七頁，共9頁。實驗?zāi)繕?biāo)

（1）垂直方向的強(qiáng)迫振蕩并記錄剛性管件模型三個方向受力的時歷（2）水平方向的強(qiáng)迫振蕩并記錄剛性管件模型三個方向受力的時歷

（3）垂直方向和水平方向同時強(qiáng)迫振蕩并記錄剛性管件的模型三個方向受力的時歷我們的目標(biāo)是為該實驗提供能在水平和垂直方向上變速運(yùn)行的裝置，能在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)加速和減速的功能，垂直和水平方向既能分別獨(dú)立運(yùn)動，又