بررسي آزمايشگاهي ارتعاش ناشي از گردابه در سازه‌هاي استوانه‌اي قائم: بررسي تاثير شرايط انتهايي بر رفتار ارتعاشي سازه

Experimentally Investigation on the Vortex-Induced Vibration of Circular Cylinders: Effect of end conditions on the response of the Structure

در سال‌هاي اخير، مطالعه آزمايشگاهي پديده ارتعاش ناشي از گردابه، يكي از موضوعات مورد علاقه در بين محققين بوده‌است. با اين حال فرضيات و روش‌هاي مورد استفاده در هر آزمايش، منجر به نتايج به نسبت متفاوتي در تحقيق‌هاي صورت گرفته، شده است. در مقاله حاضر، با استفاده از يك استوانه، به بررسي و تحليل اثر شرايط انتهايي در پاسخ‌هاي ارتعاشي استوانه‌هاي در معرض جريان آب پرداخته شده است. براي اين منظور يك استوانه صلب كه به صورت ارتجاعي در يك حوضچه كشش نصب شده، در دو حالت با و بدون ورق انتهايي مورد آزمايش قرارگرفته است. محدوده اعداد رينولدز آزمايش شده از 5.8×103 تا 6.6×104 است. به منظور كنترل روش آزمايشگاهي مورد استفاده، داده‌هاي بدست آمده در اين تحقيق، براي حالتي كه ورق انتهايي به استوانه الصاق شده، با داده‌هاي مشابه آزمايشگاهي ديگر محققين مورد مقايسه قرارگرفته است. مقايسه نتايج اين تحقيق با كارهاي گذشته، گوياي درستي روش مورد آزمايش بوده است. براساس نتايج اين تحقيق ورق انتهايي تاثير قابل توجهي بر دامنه بدون بعد ارتعاشي استوانه خواهد داشت. همچنين، با حذف ورق انتهايي نمودار دامنه بدون بعد استوانه به سرعت‌هاي كاهش يافته بالاتري انتقال مي‌يابد. در پاسخ بسامدي استوانه، حذف ورق انتهايي منجر به مقادير كمتري براي بسامد استوانه شده است. بررسي ضريب نيروي برآيي نيز گوياي روند مشابهي با آنچه كه در دامنه بدون بعد ديده شد، مي‌باشد. بطور كلي، بر اساس نتايج اين تحقيق، حذف ورق انتهايي منجر به تحريك بيشتر استوانه در معرض جريان خواهد شد.

In recent decades, experimental studies of the vortex-induced vibration (VIV) became one of the interesting fields of science. However, a variety of assumptions and methods of experiments have led to different results in various researches. Several parameters such as mass ratio, aspect ratio, degrees of freedom, and boundary conditions affect the VIV response of a simple circular cylinder. The current paper reports and discusses the results of in-water VIV experiments on an elastically mounted rigid cylinder with various types of end conditions. This paper focusses on the effects of the end condition by attaching an endplate to a circular cylinder and the results are compared with those from a cylinder with no endplate. The Reynolds number ranges from 5.8×103 to 6.6×104. Experimental setup has also been compared and verified with some classical results of VIV. Results of current study were favorably compatible with previous researchers’ results. The experimental results show that, the end condition noticeably changes the VIV amplitude, especially in the lock-in area. Moreover, non-dimensional amplitudes shift to the higher reduced velocities when the endplate is removed. In the frequency responses, the cylinder with no endplate has lower quantities rather than the cylinder with an attached endplate. Evaluation of lift force coefficients also shows a similar pattern of effects on the nondimensional amplitude. Consequently, the excitation of the structure in the lock-in region increases when the endplate from the cylinder’s end is removed.