振幅对5∶1矩形断面非线性自激气动力的影响-JournalofSouthwest.PDF

第 54 卷　第 2 期 西　南　交　通　大　学　学　报 Vol. 54 No. 2 2019 年 4 月 JOURNAL OF SOUTHWEST JIAOTONG UNIVERSITY Apr. 2019 文章编号：0258-2724(2019)02-0249-11 DOI: 10.3969/j.issn.0258-2724 振幅对5 ∶ 1 矩形断面非线性 自激气动力的影响 林思源 1,2 ，廖海黎 1,2 ，王　骑 1,2 ，熊　龙 1,2 （1. 西南交通大学土木工程学院，四川 成都 610031 ；2. 风工程四川省重点实验室，四川 成都 610031 ） 摘　要：宽高比为5 ∶1 矩形断面的非线性自激气动力研究作为钝体空气动力学的基础性和前沿性研究，对钝体断 面的非线性气动弹性行为分析有着重要的意义. 采用节段模型强迫振动风洞试验，结合模型表面同步测压技术， 分析了振幅对宽高比为5 ∶1 矩形试验断面自激气动力频谱特性和表面压力分布特性的影响，并借助本征正交分 解分析了模型表面压力的模态特征函数，进而探讨了非线性气动力产生的流动机理. 试验及分析结果表明： 5 ∶1 矩形断面自激气动力的高次谐波分量仅在振幅不小于8° 的扭转运动下显著，但线性分量随着振幅增加呈非 线性变化；在竖向运动或在小于8° 的扭转运动下，模型表面分离再附点位置靠近后缘且在一个周期内保持稳定， 对应的压力模态为一阶对称分布，表明此时气动力仅由单一频率的主涡决定；在大于等于8° 的扭转运动下，一个 周期内模型表面的分离再附点位置主要集中在前缘，对应的压力模态中也同时出现了对称分布的第 1 阶和反对 称分布的第2 和第3 阶，表明此时出现了多个不同频率的主要旋涡，而频率高于运动频率的二次涡主导了高阶模 态，并由此产生了气动力的高次谐波分量. 关键词：矩形断面；振幅；非线性自激力；本征正交分解；二次涡 中图分类号：U441 文献标志码：A Effects of Oscillation Amplitude on Nonlinear Motion-Induced Force for 5 ∶1 Rectangular Cylinder LIN Siyuan 1,2, LIAO Haili 1,2, WANG Qi1,2, XIONG Long 1,2 (1. School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China; 2. Key Laboratory of Wind Engin- eering of Sichuan Province，Chengdu 610031，China) Abstract: Investigations on the nonlinear motion-induced force acting on a rectangular cylinder with aspect ratio 5 ∶1，which is significant in the analysis of nonlinear aeroelastic behaviour for bluff sections ，are part of fundamental and cutting-edge research on bluff body aerodynamics. Combined with surface synchronous pressure measurement ，forced motion wind tunnel tests were carried out to investigate the influence of oscillation amplitude on the spectral characteristics of m