空力弾性問題の数値流体解析に関する基礎的研究

气动弹性问题计算流体分析基础研究

基本信息

批准号：
05650447
负责人：
野村卓史
金额：
$ 1.47万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-05650447/
关键词：
数値流体解析空力弾性問題風工学 ALE法 Smagorinskyモデル渦励振

项目摘要

1.流体-構造連成解析法の改良本研究課題に着手するまでに、構造と流体との間の境界移動に伴って解析メッシュが変形するArbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE)法に基づく有限要素流れ解析法を開発しているが、本研究ではこの解析法を風工学における空力弾性問題の対象となる高レイノルズ数流れに適用するために、乱流モデルとしてSmagorinskyの渦粘性モデルを導入した。このモデルを検証するための予備計算として、静止円柱まわりの流れの解析を実施し、亜臨界領域から超臨界領域に移る際に抗力係数が降下する現象を捉えるなど、流体力や渦放出周波数を妥当に評価できることを確認した。2.解析法を検証するための実験構成した流体-構造連成解析法を検証する目的で、円柱の渦励振の実験を実施した。本研究では、自由振動時の円柱の応答特性だけでなく、表面圧力分布の測定も行った。表面圧力分布については、強制振動実験については報告があるが、自由振動実験ではあまり例がない。3.検証解析の実施前項2.の自由振動実験を対象に、1.で構成した解析法による解析を行った。円柱の固有振動数は約10Hz、共振風速は約5m/sで、レイノルズ数は約40、000である。その結果、共振風速近くで円柱の応答振幅が増大し、それと同時に渦放出周波数が円柱の固有振動の数にロックするという、渦励振現象の特色を捉えられた。また、渦励振の発現風速、ロックイン風速域、応答振幅なども、実験結果と比較して良好な一致を見ることができた。また、表面圧力分布も良好に対応しており、本研究で構成した解析法が基本的に妥当なものであることを確認した。

1。在开始此研究主题之前的流体结构耦合分析方法的改进，我们基于任意的拉格朗日 - 欧拉（ALE）方法开发了一种有限的元素流量分析方法，其中分析网格与结构和流体之间的边界运动形成了变形。在这项研究中，我们引入了Smagorinsky Eddy粘度模型作为湍流模型，以便将这种分析方法应用于高雷诺数流量，这是风工程中航空弹性问题的主题。作为验证该模型的初步计算，我们对固定缸周围的流量进行了分析，并确认可以合理地评估流体力和涡流发射频率，例如捕获阻力系数从亚临界区域移动到超临界区域时拖动系数下降的现象。 2。进行流体结构耦合分析方法的实验构建以验证分析方法，并使用实验来验证圆柱体的涡旋激发。在这项研究中，我们不仅测量了自由振动过程中圆柱体的响应特征，而且还测量了表面压力分布。有关于表面压力分布的强制振动实验的报道，但是自由振动实验中的情况并不多。 3。验证分析的实施，使用由第1节组成的分析方法分析了上一节第2节中的自由振动实验。缸的固有频率约为10 Hz，谐振风速约为5 m/s，雷诺数为约40,000。结果，气缸的响应幅度在谐振速度附近增加，同时，涡流发射频率锁定为已捕获的圆柱体的自然振动数量。此外，与实验结果相比，涡流激发，锁定风速范围和响应振幅的风速也很好。此外，表面压力分布相应良好，并且已经证实，这项研究中构建的分析方法基本上是合理的。