Аэроупругие колебания круглого цилиндра вблизи твердых тел

Автор: Олег Олегович Иванов

Организация: НИИ механики МГУ, Москва

При движении жидкости или газа около плохо обтекаемых тел в широком диапазоне чисел Рейнольдса наблюдается процесс периодического схода вихрей за телом, что приводит к действию периодической силы на тело. Для упругих конструкций при сближении одной из собственных частот с частотой схода вихрей возникает резонанс, при котором амплитуда колебаний может быть значительна, и что, в свою очередь, может приводить к неприятным условиям эксплуатации различных конструкций, вплоть до их разрушения. В то же время использование таких колебаний может быть использовано для отбора механической энергии из потока и преобразовании ее в электрическую. 

В данной работе изучается изменение характеристик резонансных колебаний упругого цилиндра при постановке рядом с ним твердых тел. Ранее было получено, что при постановке пластины обтекаемой формы с размерами 35х2 мм можно добиться увеличения амплитуды колебаний до 39% по сравнению с одиночным цилиндром. Поэтому вызывает интерес провести эксперименты с твердыми телами другой формы. В качестве таковых были взяты пластины с прямоугольным сечением 15х2 мм и 15х4 мм.

Была проведена серия экспериментов в аэродинамической трубе для конфигураций «цилиндр+пластина» с измерением амплитуды колебаний цилиндра диаметром D=6 мм и частотой собственных колебаний f=15.9 Гц. Для пластины 15х2 мм было получено увеличение амплитуды до 55% (см. Рис.)и существенное смещение диапазона рез онансных колебаний (т.н. диапазона синхронизации) в сторону больших скоростей. Для пластины 15х4 мм получено наибольшее усиление колебаний до ~80%, а также в рамках эксперимента конец области колебаний не был обнаружен.

Полученные результаты могут расширяют понимание динамики упругих тел, находящихся в потоке среды, и могут быть использованы для увеличения эффективности ветроэнергетических устройств, основанных на этом принципе.