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基于光纤光栅传感器的细长柔性立管涡激振动响应实验
摘要：
本文基于光纤光栅传感器对细长柔性立管进行了涡激振动响应实验研究，主要考察了不同的振幅和频率下立管的结构响应以及发生涡激振荡时管道周围流场的变化情况。实验结果表明，涡激振荡会导致管道发生明显的振动，振幅与频率的增大会使得响应频率向高频方向移动。此外，当管道的振动频率达到一定阈值时，管道的弯曲振动将引起管道周围流场的变化，导致流体产生速度扰动，从而增大了管道的阻力。
关键词：光纤光栅传感器；细长柔性立管；涡激振动；流场变化；阻力增加
1.研究背景
随着航空航天、海洋工程、核电等行业的发展，越来越多的细长柔性结构被用于复杂环境下的工程应用中。这些柔性结构由于其自身的特性，容易受到外部流动的影响，从而引发不稳定的振动现象。其中，涡激振动是一种常见的振动形式，并且在多个领域都有应用，如发动机燃烧室、天线、仪表流道等。因此，对涡激振动机理的研究不仅有重要的理论意义，而且也具有广阔的应用前景。
2.研究内容
本研究使用光纤光栅传感器对细长柔性立管进行了实验研究，测量了不同振幅和频率下立管的结构响应以及发生涡激振荡时管道周围流场的变化情况。
2.1实验装置
实验装置如图1所示，主要包括光纤光栅传感器、起伏式压缩泵、风量计、控制系统等部分。
图1实验装置示意图
2.2实验流程
将立管固定在实验装置中央，通过起伏式压缩泵喷出周期性的气流作为振动源，启动风量计控制系统控制风道进风口处的气流速度和频率，以调节振动源的振幅和频率。同时，通过光纤光栅传感器测量立管的应变变化，记录不同振幅和频率下立管的结构响应。
2.3实验结果
实验结果如图2所示，对于不同振幅和频率下的振动源，立管的结构响应都不同。随着振幅和频率的增大，立管的结构响应向高频方向移动，且振幅逐渐增大。
图2立管的结构响应图
另外，本研究还研究了涡激振荡发生时流场的变化情况。实验结果表明，当管道的振动频率达到一定阈值时，管道的弯曲振动将引起管道周围流场的变化，导致流体产生速度扰动，从而增大了管道的阻力。
3.结论
本研究使用光纤光栅传感器对细长柔性立管进行了涡激振动响应实验研究，得出以下结论：
（1）涡激振荡会导致管道发生明显的振动，振幅与频率的增大会使得响应频率向高频方向移动。
（2）当管道的振动频率达到一定阈值时，管道的弯曲振动将引起管道周围流场的变化，导致流体产生速度扰动，从而增大了管道的阻力。
4.参考文献
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