弹性支撑斑海豹胡须模型单自由度流致振动实验研究

作     者：宋立群 及春宁 袁德奎 许栋 张晓娜 卫昱含 殷彤 Song Liqun;Ji Chunning;Yuan Dekui;Xu Dong;Zhang Xiaona;Wei Yuhan;Yin Tong

作者机构：天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 天津大学机械工程学院天津300350 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2022年第54卷第3期

页      面：653-668页

核心收录：

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 0710[理学-生物学] 1002[医学-临床医学] 08[工学] 080103[工学-流体力学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0836[工学-生物工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51779172 51579175 51979186)。 

主　　题：仿生学 流致振动 斑海豹 胡须 尾迹 

摘      要：斑海豹依靠其具有波状外形的胡须,可感知猎物尾迹流场中的涡流,进而循迹追踪.对斑海豹胡须感知涡流特征的机制进行研究具有重要的科学意义和应用价值.本文根据斑海豹胡须的外形参数,制作了1:30的实验模型,在水槽中研究了均匀流场和尾迹流场中单个胡须模型和胡须模型阵列的单自由度流致振动特性,分析了模型振动响应与涡流特征的关联.结果表明,在均匀流场中,零攻角条件下,胡须的波状外形具有显著的抑振作用,胡须模型在一定的折合流速范围内具有较低的振动幅值;而当来流攻角较大时(α≥30°),振幅显著提高在固定圆柱形成的尾迹流场中,胡须模型在一定的圆柱间距范围内发生大幅振动,振动频率与尾流的泄涡频率锁定,表现为明显的双峰模式,这与均匀流场中胡须模型的单频振动模式明显不同.尾迹流场中,胡须模型的振动幅值受来流条件影响大,但振动频率较为稳定.在均匀流场和尾迹流场中,除个别折合流速外,阵列布置胡须模型的振动幅值和频率与单个胡须模型相近,相邻胡须模型之间相互干扰不显著.