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《中国科学技术协会首届青年学术年会论文集(工科分册·上册)》 1992年
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钝体的非线性流固耦合振动

宗智  赵德有  
【摘要】:流体—结构非线性耦合振动广泛地发生于自然界和工程界。对于工程结构,其主要是用来载流、承重或提供热交换面,而不是象机翼那样来提供升力或减小阻力的。因此,发生流致振动的可能性要比想象的高得多。如海洋平台,核反应堆堆芯等等。这种流致振动的危害是巨大的。但其现象也是非常复杂的。对于大多数情况,除涉及流体和结构两门学科外,还大量地包含有非线性,使理论分析变得很困难。但实际中发生的一些现象又急需理论的发展和解释。同时又需要理论的指导去控制。本文就是在这种环境下完成的。本文考察了工程中常见的钝体流固耦合振动问题。这种振动至少包含有三种作用机理:第一,无攻角对称结构在均匀来流中是不稳定的。横向小扰动会使结构最终偏离中心对称位置,停留在该位置两侧的稳定的平衡点;第二,流体流经结构时,在结构表面或尾缘产生脱体现象,形成交错发放的涡列。该涡列在结构上则诱导一周期变化的脉动力,激励结构的振动;第三,结构的响应是非线性的。根据使役原理,列出了流固耦合双振子模型。数值分析表明:根据不同结构和来流,振动显示出稳定的极限环振动、多周期振动、以至混沌振动。由于这种混沌振动的周期力不是外部提供的,而是系统内部自身提供的,我们称之为自激混沌振动。在混沌振动中又可分离出奇怪吸引子振动和非奇怪吸引子振动的混沌吸引子振动。这些现象和我们在实际中观察到的现象很相符。

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