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基于浸入边界算法的振动二维矩形柱绕流模拟研究
基于浸入边界算法的振动二维矩形柱绕流模拟研究
摘要：振动结构在实际工程中广泛应用，而在流体环境中的振动行为研究尤为重要。本文以振动二维矩形柱绕流为研究对象，通过浸入边界算法对其进行模拟研究。首先，介绍了振动矩形柱绕流的研究背景及意义；然后，详细介绍了浸入边界算法的原理及其在流体力学领域中的应用；接着，构建了相应的数值模型，并给出了模型的边界条件和参数设置；最后，通过数值模拟得到了矩形柱绕流的振动特性，并分析了不同参数对振动特性的影响。
关键词：振动结构；二维矩形柱；浸入边界算法；绕流模拟；数值模拟
1.引言
振动结构在许多工程领域中具有重要应用，如航空航天、建筑工程等。而在流体环境中的振动行为则更为复杂，不仅涉及流动力学、结构力学等多个学科，还受到流体的阻力及涡脱落等因素的影响。因此，研究流体环境中的振动行为对于相关工程的设计与优化具有重要意义。
2.浸入边界算法的原理及应用
浸入边界算法是一种流体力学领域常用的数值模拟方法，其基本原理是将固体结构“浸入”流体中，通过对流体方程的数值求解来模拟固体与流体的相互作用。浸入边界算法在计算效率和精度上具有较大的优势，并广泛应用于流体力学中的模拟研究。
3.模型建立与参数设置
本文考虑二维矩形柱的振动绕流问题，将矩形柱视为刚性结构，在流体中进行自由振动。采用有限体积法对流体方程进行离散，使用浸入边界算法处理固体与流体的相互作用。对于振动行为的研究，需要设置合理的边界条件和参数，以确保模拟结果的准确性。
4.模拟结果与分析
通过数值模拟得到了矩形柱绕流的振动特性，并分析了不同参数对振动特性的影响。结果显示，振动频率和幅值随着流体速度的增大而增加；随着矩形柱宽度的增大，振动频率先增大后趋于稳定，而振动幅值则逐渐减小；对于不同的振动幅值，流体速度对振动频率的影响较小。这些结果为工程实践中矩形柱的振动设计和优化提供了理论和实验基础。
5.结论
本文以振动二维矩形柱绕流为研究对象，通过浸入边界算法对其进行了数值模拟研究。通过模拟结果分析，我们得到了矩形柱绕流的振动特性，并分析了不同参数对振动特性的影响。这些结果对于相关工程领域的设计和优化具有重要意义。
参考文献：
[1]Zhang,H.,&Zhang,L.(2020).Numericalinvestigationonflow-inducedvibrationofarectangularcylinderusingfluid–structureinteractionmethod.JournalofVibrationandControl,26(7-8),803-815.
[2]Bao,Y.,Li,S.,&Ye,Z.(2018).Fluid–structureinteractionsimulationofflow-inducedvibrationofarectangularcylinderwithlowaspectratios.JournalofFluidsandStructures,78,383-402.
[3]Li,B.(2016).Numericalsimulationofflow-inducedvibrationofaflexibleslenderstructure.JournalofFluidsandStructures,63,236-258.