Page 127 - 2023年第54卷第9期
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５ 结果与讨论
５．１ 结构振动特性 典型空化条件（ σ ＝ １．３９ ）的结构振动见图 ５（ａ）。在预设脉冲激振作用下，水翼第
一阶弯曲模态被激发。对比图 ４和图 ５（ａ），位移都是从固定端到自由端逐渐增大，说明空化本质上未
改变水翼振动方式。基于动网格技术，结构场将位移传递给流场，而经过流场非定常计算后再将力传
递回结构场，形成循环。通过监测流场的网格变形可等效获取结构的振动特性，测点见图 ５（ｂ）。
图 ５ 双向流固耦合获取的水翼振动和流场变形
σ ＝ １．３９ 时，水翼的振动响应时域见图 ６（ａ）。脉冲激励后，振幅在阻尼作用下逐渐衰减。将振动响应进
行快速傅里叶变换（ ＦＦＴ），得到频域特性，见图 ６（ｂ）。主要频率包括空化脱落涡频率（ｆ）和水翼固有频率
ｃａ
（ｆ）。基于巴特沃斯带通滤波，将水翼第一阶弯曲模态的振动响应提取。滤波前后，固有频率对应幅值的变
ｎ
化量在 ３％以内，证明了滤波器的可靠性。将滤波后的振动响应无量纲化，并和相同工况下的实验结果进行
比较，见图 ６（ｃ）。就振幅随时间衰减的规律而言，模拟和实验结果吻合良好，水力阻尼相对误差约 １５％。
图 ６ 基于双向流固耦合的水力阻尼识别（ α ＝ １０° ，σ ＝ １．３９ ）
不同空化数下的固有频率和水力阻尼见图 ７。随空化数降低，空化区域与结构相接触的面积增大，
水体附加质量降低，导致第一阶弯曲模态的固有频率逐渐增大，见图 ７（ａ）。将双向流固耦合法计算的
固有频率与实验结果 ［９］ 相比较，相对误差在 ３．０４％～９．６９％之间，平均误差为 ７．３４％。对于第一阶弯曲
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