4∶1矩形断面运动诱导涡型扭转涡振的LES研究

摘要

涡激振动是大跨度桥梁典型的风致振动现象之一,主要包括卡门涡型涡振和运动诱导涡型涡振.尽管已有大量研究对第一类振动进行了深入探讨,但对第二类振动的研究仍相对不足.为此,本研究以4∶1矩形断面为研究对象,采用大涡模拟方法再现了运动诱导涡型扭转涡振的完整过程,提出一种去均值的条件平均技术以提取关键旋涡的演化特征,系统分析了流场结构与气动力矩的内在作用机制.研究结果表明:前缘分离涡沿结构表面向下游的漂移及其与尾缘涡的融合过程,是结构发生运动诱导涡型涡振动态激励的主要来源.同时,研究发现涡旋运动特征与力矩密度分布在时空演化上高度一致.流场结构的动态变化不仅改变了作用在结构上的激励力矩幅值,还调控了气动力矩和扭转响应之间的相位关系.

关键词

涡激振动 / 流固耦合 / 大涡模拟 / 运动诱导涡旋 / 气动特性