韦昱呈，鲁 丽

（西南交通大学力学与工程学院，成都 610031）

引 言

在工程中广泛存在由流体诱发的振动问题，如机翼的颤振、蒸汽发生器传热管的流致振动、海洋立管的涡激振动等。目前学术界内被认可的流致振动机理有：周期性漩涡脱落、流体弹性不稳定、声共振以及湍流抖振［1］。在反应堆结构中，圆柱体结构为发生流致振动的主要部件，例如在横流作用下的蒸汽发生器传热棒、燃料棒等。当流体介质以一定速度流经圆柱结构时，会在圆柱尾部两侧交替产生周期性涡脱落，从而使圆柱受到周期性变化的升力，诱发圆柱结构的振动；而圆柱结构的振动又会反作用于流体，改变流体的流动状态，从而改变尾涡模态。这种流体与结构间由于周期性漩涡脱落产生的相互作用被称为涡激振动［2］（Vortex-Induced Vibration，VIV）。

对于二维弹性支撑圆柱的实验研究较多。Feng［3］最早在风洞试验中观察到圆柱结构的涡激振动现象。Williamson等［4-5］在一系列经典水洞实验中发现，当质量阻尼参数（m*ζ）较大时，圆柱涡激振动响应存在两个分支，即初始分支（initialbranch）和下端分支（lowerbranch）；当质量阻尼参数较小时，响应存在3 个分支，即初始分支、上端分支（upperbranch）以及下端分支；各响应分支间存在跳跃现象。吕振等［6］采用肋板蒙皮结构降低圆柱质量比并进行风洞试验，得到了圆柱涡激振动的两个响应分支。目前对圆柱涡激振动的数值模拟较主流的方法是将圆管等三维细长柔性结构简化为一系列质点模型，利用静力学等效方法获得各质点的弹簧支撑参数，则每个质点可视为二维的质量-弹簧-阻尼结构，然后通过建立每个质点的二维涡激振动模型计算其涡激振动响应。……