Вращательные и поступательные колебания цилиндров малого удлинения в воздушном потоке
DOI:
https://doi.org/10.21638/spbu01.2022.414Аннотация
Рассматриваются вращательные и поступательные колебания трех цилиндров, отличающихся отношением длины к диаметру цилиндра (удлинением). Цилиндры подвешивались в рабочей части аэродинамической трубы малых скоростей на проволочной подвеске, содержащей стальные пружины. В равновесном положении ось цилиндров направлена горизонтально и параллельно вектору скорости набегающего потока. Под действием воздушного потока цилиндры могли совершать вращательные или поступательные колебания. К двум пружинам подвески присоединены полупроводниковые тензопреобразователи, измеряющие во время колебаний периодически изменяющееся натяжение пружин. Аналоговый сигнал с тензопреобразователей поступал на РСосциллограф, который в цифровом виде передавал его на компьютер. После градуировки прибора и расшифровки сигнала определялись частоты и амплитуды поступательных колебаний в вертикальном направлении и вращательных колебаний вокруг горизонтальной оси, проходящей через центр цилиндра и перпендикулярной вектору скорости набегающего потока. Оказалось, что в исследуемом диапазоне удлинений цилиндра происходит переход от вращательных колебаний к поступательным. Цилиндр с удлинением 1.9 под действием ветра совершает установившиеся вращательные колебания, амплитуда которых растет с увеличением скорости воздушного потока. Ранее предложенная математическая модель правильно предсказывает вращательные колебания. Квадрат амплитуды вращательных колебаний является линейной функцией числа Струхаля, если скорость воздушного потока достаточно велика. Поступательные колебания цилиндра с удлинением 1.9 являются затухающими. Уменьшение удлинения цилиндра до 1.5 сопровождается уменьшением амплитуд вращательных колебаний. При малых скоростях воздушного потока зарегистрированы поступательные колебания с малой амплитудой. Дальнейшее уменьшение удлинения до 1.0 ведет к полному отсутствию вращательных колебаний. Амплитуда поступательных колебаний растет. Поступательные колебания реализуются в ограниченном диапазоне скоростей воздушного потока.Ключевые слова:
аэродинамическая труба, вращательные колебания, поступательные колебания, тензометрия, цилиндр
Скачивания
Данные скачивания пока недоступны.
Библиографические ссылки
Литература
1. Ryabinin A.N., Tyurin B.F. The behavior of the load suspended under a helicopter Vestnik of Saint Petersburg University. Mathematics. Mechanics. Astronomy, iss. 1, 87-91 (1993). (In Russian)
2. Ryabinin A.N., Kiselev N.A. Effect of rotation axis position of the cylinder on its rotational oscillations in the air stream. Vestnik of Saint Petersburg University. Mathematics. Mechanics. Astronomy. 3 (61), iss. 2, 315-323 (2016). https://doi.org/10.21638/11701/spbu01.2016.216 (In Russian)
3. Parkinson G.V., Brooks N.P.H. On the Aeroelastic Instability of Bluff Cylinders J. Appl. Mech. 28, 252-258 (1961).
4. Parkinson G.V., Smith J.D. The square prism as an aeroelastic non-linear oscillator Quarterly Journal of Mechanics and Applied Mathematics 17, 225-239 (1964).
5. Alonso G., Meseguer J., Perez-Grande I. Galloping stability of triangular cross-sectional bodies: A systematic approach J. Wind Engineering Industrial Aerodynamics 95, 928-940 (2007).
6. Alonso G., Valero E., Meseguer J. An analysis on the dependence on cross section geometry of galloping stability of two-dimensional bodies having either biconvex or rhomboidal cross sections. European J. Mech. B. Fluids 28, 328-334 (2009).
7. Novak M. Aeroelastic galloping of prismatic bodies. J. Engine ering Mech. Division ASCE 95, 115-142 (1969).
8. Ryabinin A.N., Kiselev N.A. Rotational oscillation of a cylinder in air flow. ARPN J. Engin. Applied Science 12 (23), 6803-6808 (2017).
9. Kovalev M.A. On calculation and investigation of wind tunnels. Uchenye zapiski Leningradskogo Universiteta 7, 61-86 (1939). (In Russian)
10. Scruton C. An experimental investigation of the aerodynamic stability of suspension bridges. IABSE congress report 3, 463-473 (1948).
11. Curtis D.J., Hart J.J., Scruton C. An aerodynamic investigation for the suspended structure of the proposed Tsing Ma bridge. Eng. Struct. 7, 23-34 (1985).
12. Birbraer A.N., Roleder A.J. Extreme actions on structures. St Petersburg, Politechnical University Publ. (2009). (In Russian)
13. Ryabinin A.N., Kaufman D.V. Determination of rotational derivatives of a cylinder with a coaxially mounted disk in an air flow. Vestnik of Saint Petersburg University. Mathematics. Mechanics. Astronomy. 8 (66), iss. 1, 158-166 (2021). https://doi.org/10.21638/spbu01.2021.114 (In Russian)
References
1. Рябинин А.Н., Тюрин Б.Ф. Поведение груза, подвешенного под вертолетом Вестник Санкт-Петербургскогом университета. Математика. Механика. Астрономия. Вып. 1, 87-91 (1993).
2. Рябинин А.Н., Киселев Н.А. Влияние положения оси вращения цилиндра на его вращательные колебания в воздушном потоке. Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия 3 (61), вып. 2, 315-323 (2016) (In Russian). https://doi.org/10.21638/11701/spbu01.2016.216
3. Parkinson G.V., Brooks N.P.H. On the Aeroelastic Instability of Bluff Cylinders J. Appl. Mech. 28, 252-258 (1961).
4. Parkinson G.V., Smith J.D. The square prism as an aeroelastic non-linear oscillator Quarterly Journal of Mechanics and Applied Mathematics 17, 225-239 (1964).
5. Alonso G., Meseguer J., Perez-Grande I. Galloping stability of triangular cross-sectional bodies: A systematic approach J. Wind Engineering Industrial Aerodynamics 95, 928-940 (2007).
6. Alonso G., Valero E., Meseguer J. An analysis on the dependence on cross section geometry of galloping stability of two-dimensional bodies having either biconvex or rhomboidal cross sections. European J. Mech. B. Fluids 28, 328-334 (2009).
7. Novak M. Aeroelastic galloping of prismatic bodies. J. Engine ering Mech. Division ASCE 95, 115-142 (1969).
8. Ryabinin A.N., Kiselev N.A. Rotational oscillation of a cylinder in air flow. ARPN J. Engin. Applied Science 12 (23), 6803-6808 (2017).
9. Ковалев М.А. О расчете и исследовании аэродинамических труб. Ученые записки Ленингр. ун-та 7, 61-86 (1939).
10. Scruton C. An experimental investigation of the aerodynamic stability of suspension bridges. IABSE congress report 3, 463-473 (1948).
11. Curtis D.J., Hart J.J., Scruton C. An aerodynamic investigation for the suspended structure of the proposed Tsing Ma bridge. Eng. Struct. 7, 23-34 (1985).
12. Бирбраер А.Н., Роледер А.Ю. Экстремальные воздействия на сооружения. СанктПетербург, Изд-во Политехн. ун-та (2009).
13. Рябинин А.Н., Кауфман Д.В. Определение вращательных производных цилиндра с соосно установленным диском в воздушном потоке. Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия 8 (66), вып. 1, 158-166 (2021). https://doi.org/10.21638/spbu01.2021.114
Загрузки
Опубликован
26.12.2022
Как цитировать
Рябинин, А. Н., & Велигжанин, А. А. (2022). Вращательные и поступательные колебания цилиндров малого удлинения в воздушном потоке. Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия, 9(4), 729–739. https://doi.org/10.21638/spbu01.2022.414
Выпуск
Раздел
Механика
Лицензия
Статьи журнала «Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия» находятся в открытом доступе и распространяются в соответствии с условиями Лицензионного Договора с Санкт-Петербургским государственным университетом, который бесплатно предоставляет авторам неограниченное распространение и самостоятельное архивирование.
