Резонансные крутильные аэроупругие колебания кругового цилиндра конечного размаха в упругом подвесе

Автор: Ярослав Владиславович Демченко

Соавторы: Василий Владимирович Веденеев, Александр Фёдорович Зубков

Организация: Механико-математический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва; НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва

В работе исследуется задача воспроизведения и выявления механизмов поддержания незатухающих нелинейных резонансных колебаний упруго закрепленного цилиндра в потоке сплошной среды с возможностью частичного отбора мощности колебаний. Актуальность и практическая значимость данной задачи определяется её связью с ведущимся в мире поиском принципов проектирования новых типов ветрогенераторов без использования вращающихся и/или трущихся элементов.

Объектом исследования является система, состоящая из жесткого тонкостенного цилиндра конечного размаха, установленного на упругой консольной балке поперечно направлению дозвукового воздушного потока в аэродинамической трубе. Цель исследования - выявление и анализ механизмов различных типов аэроупругих резонансных возбуждений системы для использования в конструкциях ветрогенераторов на основе вихревых колебаний (VIV). Представлены результаты экспериментального исследования. В отличие от аналогичных работ с аналогичной конфигурацией модели, совершающей поперечные поступательные колебания [1]-[3], нами обнаружен неисследованный ранее тип VIV, в котором цилиндр вращается около продольной оси консольной державки.

Эксперименты проводились в НИИ механики МГУ в аэродинамической трубе А-10 с камерой Эйфеля и открытой рабочей частью. Экспериментально выявлены незатухающие изгибные и крутильные колебания, соответствующие состоянию резонанса. Предложены безразмерные параметры, определяющие качественную картину колебаний. Проведена визуализация течения за колеблющимся цилиндром.

1.    [1] Williamson, C.H.K., Govardhan, R., 2004. Vortex-induced vibrations. Annu. Rev. Fluid Mech. 36, 413–455.

2.       [2] Dai, H.; Abdelkefi, A.; Wang, L. Piezoelectric energy harvesting from concurrent vortex-induced vibrations and base excitations. Nonlinear Dyn. 2014, 77, 967–981.

3.      [3]Oleg Ivanov, Vasily Vedeneev. Vortex-induced vibrations of an elastic cylinder near a
finite-length plate. Journal of Fluids and Structures. 2021. Vol. 107. 103393.