埃桑·德米雷尔；王玉成；阿尔珀·埃尔特克；亚历山大·阿列克谢夫 激励方法对共振振荡弹性板流体动力学的影响。 （英语） Zbl 1461.76589号 J.流体力学。 910，论文编号A4，30 p.（2021）. 小结：在这项工作中，我们研究了两种不同的驱动方法对共振振动弹性矩形板流体动力学的影响。板由根部的倾翻运动驱动，或由雷诺数在500到4000之间的分布内弯矩驱动。后一种驱动方法代表内部驱动的智能材料，并模拟游泳动物通过肌肉不断改变形状的自然能力。我们使用基于格子Boltzmann方法的全耦合三维计算模型对插入式弹性板和压电板致动器进行了模拟实验。在实验验证后，使用计算模型来探测板流体动力学的广泛参数，包括引发非线性效应的大振幅振荡。两种驱动方法之间的比较表明，对于相同的叶尖偏转水平，外部驱动板在推力产生和流体动力效率方面显著优于内部驱动板。内驱动板的性能降低与其次优弯曲形状有关，这导致后缘几何形状具有增强的涡量生成和粘性耗散。此外，驱动方法的差异影响了表征板振荡的惯性系数，尤其是对于大振幅。研究发现，惯性系数强烈依赖于叶尖偏转振幅、雷诺数和驱动方式，尤其是对于较大振幅的情况。 引用于1文件 MSC公司： 76Z10号 水和空气中的生物推进 74层10 流固相互作用（包括气动和水弹性、孔隙度等） 关键词：流-结构相互作用；游泳/飞行；推进 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{E.Demirer}等人，《流体力学杂志》。910，论文编号A4，30页（2021；Zbl 1461.76589） 全文： 内政部 参考文献： [1] Alben，S.2009关于在漩涡街道上柔性身体的游泳。《流体力学杂志》635，27-45·Zbl 1183.76652号 [2] Alben，S.，Witt，C.，Baker，T.V.，Anderson，E.&Lauder，G.V.2012自由泳柔性箔片的动力学。物理学。流体24（5），051901·兹比尔1309.76237 [3] Alexeev，A.和Balazs，A.C.2007设计智能系统以选择性地截留和破裂微胶囊。软亚光3（12），1500-1505。 [4] Alexeev，A.、Verberg，R.和Balazs，A.C.2005对微胶囊在柔性聚合物表面上的运动进行建模。大分子38（24），10244-10260。 [5] Alexeev，A.、Verberg，R.和Balazs，A.C.2006建模在柔顺表面上滚动的可变形胶囊之间的相互作用。软马特。2（6），499-509。 [6] Amabili，M.&Paidoussis，M.P.2003《圆柱壳和板的几何非线性振动和动力学研究综述》，有无流体-结构相互作用。申请。机械。第56（4）版，349-381。 [7] Anderson，E.J.、Mcgillis，W.R.和Grosenbaugh，M.A.2001游泳鱼的边界层。《实验生物学杂志》204（1），81-102。 [8] Anderson，J.M.、Streitlien，K.、Barrett，D.S.和Triantafylou，M.S.1998高推进效率的振荡箔片。《流体力学杂志》360，41-72·Zbl 0922.76023号 [9] Aureli，M.，Basaran，M.E.&Porfiri，M.2012粘性流体中锐边梁的非线性有限振幅振动。《声音生物学杂志》331（7），1624-1654。 [10] Bhalla，A.P.S.，Bale，R.，Griffith，B.E.&Patankar，N.A.2013与刚体、变形体和弹性体流体-结构相互作用的统一数学框架和自适应数值方法。J.计算。物理250，446-476·Zbl 1349.65403号 [11] Bidkar，R.A.、Kimber，M.、Raman，A.、Bajaj，A.K.和Garimella，S.V.2009低Keulegan-Carpenter数振动的锐边柔性梁的非线性空气动力学阻尼。《流体力学杂志》634，269-289·Zbl 1183.74055号 [12] Borazzani，I.&Sotiropoulos，F.2008过渡流和惯性流状态下卡拉吉利游泳流体动力学的数值研究。《实验生物学杂志》211（10），1541-1558。 [13] Bouzidi，M.、Firdaouss，M.和Lallemand，P.2001带边界的Boltzmann-晶格流体动量转移。物理学。流感13（11），3452-3459·Zbl 1184.76068号 [14] Branscomb，J.&Alexeev，A.2010设计调节固体颗粒沉积的纤毛表面。软马特。6（17），4066-4069。 [15] Cen，L.&Erturk，A.2013通过无约束压水弹性驱动实现的仿生水上机器人。生物激励。仿生学8（1），016006。 [16] Cha，Y.，Kim，H.&Porfiri，M.2013压电复合梁水下基座激励的能量收集。聪明的母亲。结构22（11），115026。 [17] Chen，X.-J.，Wu，Y.-S.，Cui，W.-C.和Jensen，J.J.2006海洋结构物整体响应水弹性理论综述。海洋工程33（3-4），439-457。 [18] Chen，Z.，Shatara，S.&Tan，X.2009离子聚合物金属复合尾鳍推动的仿生机器鱼建模。IEEE ASME标准。Mechatron.15（3），448-459。 [19] Chen，Z.，Um，T.I.，Zhu，J.&Bart-Smith，H.2011由电活性聚合物胸鳍推动的生物激励机器人牛鼻射线。在ASME 2011国际机械工程大会和博览会上，第817-824页。美国机械工程师学会数字收藏。 [20] Chun，B.&Ladd，A.J.C.2007狭缝流动格子Boltzmann模拟的插值边界条件。物理学。修订版E75066705。 [21] Combes，S.A.和Daniel，T.L.2001形状、扑动和弯曲：向前飞行的机翼和鳍设计。《实验生物学杂志》204（12），2073-2085。 [22] Dai，H.、Luo，H.，De Sousa，P.J.S.A.F.&Doyle，J.F.2012柔性低纵横比俯仰板的推力性能。物理学。流体24（10），101903。 [23] De Rosis，A.&Lévéque，E.2016具有固定和移动浸没边界的中心矩格子Boltzmann方案。计算。《数学应用》72（6），1616-1628·Zbl 1398.76181号 [24] Dowell，E.H.和Hall，K.C.2001流体-结构相互作用建模。每年。《流体力学评论》33（1），445-490·Zbl 1052.76059号 [25] Elmer，F.-J.&Dreier，M.1997介质中矩形原子力显微镜悬臂梁的特征频率。J.应用。物理81（12），7709-7714。 [26] Eloy，C.&Schouveiler，L.2011高雷诺数下二维波动游泳的优化。《国际非线性力学杂志》46（4），568-576。 [27] Engels，T.、Kolomenskiy，D.、Schneider，K.和Sesterhenn，J.2017弹性游泳者模型涡致阻力的数值模拟。西奥。申请。机械。第7（5）页，280-285。 [28] Erturk，A.和Delporte，G.2011使用柔性压电复合材料的水下推力和发电：对自给能游泳传感器平台的实验研究。聪明的母亲。结构20（12），125013。 [29] Erturk，A.&Inman，D.J.2011压电能量采集。约翰·威利父子公司。 [30] Esposito，C.J.，Tangorra，J.L.，Flammang，B.E.和Lauder，G.V.2012A机器鱼尾鳍：刚度和运动程序对运动性能的影响。《实验生物学杂志》215（1），56-67。 [31] Facci，A.L.和Porfiri，M.2013浸没在粘性流体中的摆动悬臂三维效应分析。《流体结构杂志》38，205-222。 [32] Fish，F.&Lauder，G.V.2006游动鱼类和哺乳动物的被动和主动流量控制。每年。《流体力学评论》38，193-224·Zbl 1097.76020号 [33] Flammang，B.E.&Lauder，G.V.2009蓝鳃太阳鱼、麻风鱼加速、制动和倒车时尾鳍形状的调节和控制。《实验生物学杂志》212（2），277-286。 [34] Ghatkesar，M.K.，Braun，T.，Barwich，V.，Ramseyer，J.-P.，Gerber，C.，Hegner，M.&Lang，H.P.2008液体中微悬臂振动的共振模式。申请。物理学。信函92（4），043106。 [35] Hoover，A.P.、Cortez，R.、Tytell，E.D.和Fauci，L.J.2018浮力柔性板的游泳性能、共振和形状演变。《流体力学杂志》847386-416·兹比尔1404.76311 [36] Hou，G.，Wang，J.&Layton，A.2012流体-结构相互作用的数值方法——综述。Commun公司。计算。《物理学》12（2），337-377·Zbl 1373.76001号 [37] Hu，H.，Liu，J.，Dukes，I.&Francis，G.2006自动机器鱼三维游泳模式设计。2006年IEEE/RSJ智能机器人和系统国际会议，第2406-2411页。电气与电子工程师协会。 [38] Jayne，B.C.&Lauder，G.V.1995大口黑鲈稳定波动游泳过程中速度对中线运动学的影响。《实验生物学杂志》198（2），585-602。 [39] Keulegan，G.H.1958振荡流体中作用于圆柱和平板的力。《国家研究杂志》。展台2857423-440。 [40] 基尔霍夫，G.1850年，《Gleichgewicht und die Bewegung einer elastischen Scheibe》。J.Reine Angew。数学1850（40），51-88。 [41] Kolomenskiy，D.，Moffatt，H.K.，Farge，M.&Schneider，K.2011重新审视Lighthill-Weis-Fogh拍击式摆动机构。《流体力学杂志》676、572-606·Zbl 1241.76469号 [42] Kopman，V.、Laut，J.、Acquaviva，F.、Rizzo，A.和Porfiri，M.2015由柔顺尾巴推动的机器鱼的动态建模。IEEE J.海洋。工程40（1），209-221。 [43] Ladd，A.J.C.和Verberg，R.2001颗粒流体悬浮液的格子-波尔兹曼模拟。《统计物理学杂志》104（5-6），1191-1251·Zbl 1046.76037号 [44] Lauder，G.V.和Tangorra，J.L.2015《鱼类运动：身体和鳍基运动的生物学和机器人学》，第25-49页。斯普林格。 [45] Lauder，G.V.和Tytell，E.D.2005波动推进的流体动力学。鱼类生理学23，425-468。 [46] Li，G.，Müller，UK，Van Leeuwen，J.L.&Liu，H.2014鱼类幼虫拦截自身C-start尾迹时，逃逸轨迹发生偏转。J.R.Soc.Interface11（101），20140848。 [47] Lighthill，M.J.1960关于细长鱼类游泳的注释。《流体力学杂志》9（2），305-317。 [48] Lighthill，M.J.1970高流体力学效率的水生动物推进。《流体力学杂志》44（2），265-301·Zbl 0228.76136号 [49] Lighthill，M.J.1971鱼类运动的大幅度伸长体理论。程序。R.Soc.伦敦。B179（1055），125-138。 [50] Liu，G.，Ren，Y.，Dong，H.，Akaneeti，O.，Liao，J.C.&Lauder，G.V.2017类鱼运动中由于体-鳍和鳍-鳍相互作用而产生的涡流动力学和性能增强的计算分析。《流体力学杂志》829，65-88·Zbl 1460.76979号 [51] Liu，H.&Aono，H.2009昆虫悬停空气动力学的尺寸效应：综合计算研究。生物激励。仿生学4（1），015002。 [52] Mao，W.&Alexeev，A.2014球体粒子在惯性剪切流中的运动。《流体力学杂志》749145-166。 [53] Masoud，H.和Alexeev，A.2010低雷诺数下柔性扑翼的共振。物理学。版本E81056304。 [54] Masoud，H.&Alexeev，A.2011利用合成纤毛调节微粒的运动。软马特。7（19），8702-8708。 [55] Masoud，H.、Bingham，B.I.和Alexeev，A.2012设计由响应凝胶驱动的可操作微型旋转器。软马特。8（34），8944-8951。 [56] Mchenry，M.J.、Pell，C.A.和Long，J.H.1995游泳速度的机械控制：波动鱼类模型中的刚度和轴向波形。《实验生物学杂志》198（11），2293-2305。 [57] Michelin，S.和Llewellyn Smith，S.G.2009垂荡柔性机翼的共振和推进性能。物理学。流体21（7），071902·Zbl 1183.76353号 [58] Mittal，R.，Dong，H.，Bozkurttas，M.，Najjar，F.M.，Vargas，A.&Von Loebbecke，A.2008A适用于具有复杂边界的不可压缩流的通用锐界面浸没边界法。J.计算。《物理学》227（10），4825-4852·Zbl 1388.76263号 [59] Morison，J.R.，Johnson，J.W.&Schaaf，S.A.1950面波对桩施加的力。J.汽油。技术2（5），149-154。 [60] Nauen，J.C.和Lauder，G.V.2002鲐鱼、日本鲟（鲭科）尾鳍运动的流体动力学。《生物实验杂志》205（12），1709-1724。 [61] Paraz，F.，Schouveler，L.&Eloy，C.2016起伏柔性箔片产生推力：共振、非线性和优化。物理学。流体28（1），011903。 [62] Philen，M.&Neu，W.2011人造鳄鱼柔性尾部推进器的流体动力学分析、性能评估和致动器设计。聪明的母亲。结构20（9），094015。 [63] Quinn，D.B.、Lauder，G.V.和Smits，A.J.2014升沉柔性板推进性能的标定。《流体力学杂志》738250-267。 [64] Raspa，V.、Ramananarivo，S.、Thiria，B.和Godoy-Diana，R.2014Vortex诱导阻力和长宽比在波动游泳运动员中的作用。物理学。流体26（4），041701。 [65] Sader，J.E.1998浸没在粘性流体中的悬臂梁的频率响应及其在原子力显微镜中的应用。J.应用。《物理学》84（1），64-76。 [66] Sader，J.E.、Cossé，J.、Kim，D.、Fan，B.和Gharib，M.2016均匀稳定流中倒置旗帜的大振幅扑动——涡激振动。《流体力学杂志》793，524-555·Zbl 1382.76151号 [67] Sarpkaya，T.1976高雷诺数下光滑和粗糙圆柱体谐波流动中的涡旋脱落和阻力。技术代表NPS-59SL76021。加利福尼亚州蒙特利海军研究生院。 [68] Sarpkaya，T.1986低Keulegan-Carpenter数粘性振荡流中圆柱上的力。《流体力学杂志》165、61-71。 [69] Sarpkaya，T.和Isaacson，M.1981海洋结构物波浪力力学。范·诺斯特兰德。 [70] Scaradozzi，D.，Palmieri，G.，Costa，D.&Pinelli，A.2017BCF自主式水下机器人的游泳运动：一个综述和一个改进控制和效率的新解决方案。海洋工程130，437-453。 [71] Sfakiotakis，M.、Lane，D.M.和Davies，J.B.C.1999-鱼类水上运动游泳模式综述。IEEE J.海洋。工程24（2），237-252。 [72] Shahab，S.，Tan，D.&Erturk，A.2015不同纵横比压电翅片的流体动力推力产生和功耗研究。欧洲物理学。《规范》第224卷（17-18页），第3419-3434页。 [73] Shelley，M.J.和Zhang，J.2011与流体流动相互作用的拍击和弯曲物体。每年。《流体力学评论》第43期，第449-465页·Zbl 1299.76001号 [74] Su，Z.，Yu，J.，Tan，M.&Zhang，J.2014实现多关节机器鱼的灵活快速转弯动作。IEEE ASME标准。Mechatron.19（1），329-338。 [75] Tan，D.&Erturk，A.2018关于非线性宏观纤维复合压电悬臂梁动力学与水动力载荷的耦合。《主动和被动智能结构和集成系统XII》，第10595卷，第105950R页。国际光学与光子学学会。 [76] Timoshenko，S.和Woinowsky-Krieger，S.1959《板壳理论》。麦格劳-希尔·Zbl 0114.40801号 [77] Triantafylou，M.S.&Triantafillou，G.S.1995高效游泳机。科学。修订版272（3），64-70。 [78] Tuck，E.O.1969粘性流体中圆柱体微小运动引起的非定常流动的计算。《工程数学杂志》3（1），29-44·Zbl 0169.28301号 [79] Van Eysden，C.A.和Sader，J.E.2006浸没在流体中的矩形悬臂梁的谐振频率。J.应用。《物理学》100（11），114916·Zbl 1146.76587号 [80] Van Eysden，C.A.和Sader，J.E.2007浸没在粘性流体中的悬臂梁的频率响应及其在原子力显微镜中的应用：任意模式阶。J.应用。《物理学》101（4），044908。 [81] Weaver，W.Jr.，Timoshenko，S.P.&Young，D.H.1990《工程振动问题》，John Wiley&Sons出版社。 [82] Weiss，J.1991《二维流体动力学中的拟能传递动力学》。《物理学》D48（2-3），273-294·Zbl 0716.76025号 [83] Wu，T.Y.-T.1961摆动盘子。《流体力学杂志》10（3），321-344·Zbl 0116.16801号 [84] Yeh，P.D.&Alexeev，A.2014弹性板在低雷诺数下自由游泳。物理学。流感病毒26（5），053604。 [85] Yeh，P.D.&Alexeev，A.2016a仿生柔性板致动器具有被动附件，速度更快、效率更高。机械学报32（6），1001-1011·Zbl 1361.74015号 [86] Yeh，P.D.&Alexeev，A.2016b自由泳跳水柔性板中长宽比的影响。计算。液体124、220-225·Zbl 1390.76960号 [87] Yeh，P.D.、Li，Y.和Alexeev，A.2017使用锥形厚度的柔性鳍进行高效游泳。物理学。流体版本2102101。 [88] Yu，C.-L.，Ting，S.-C.，Yeh，M.-K.&Yang，J.-T.2011游泳鱼胸鳍涡与身体波动之间水动力相互作用的三维数值模拟。物理学。流体23（9），091901。 [89] Zhang，J.，Liu，N.-S.和Lu，X.-Y.2010被动扑动平板的运动。《流体力学杂志》659、43-68·Zbl 1205.76319号 [90] Zhu，Q.，Wolfgang，M.J.，Yue，D.K.P.和Triantafyllou，M.S.2002类鱼游泳中的三维流动结构和涡度控制。《流体力学杂志》468，1-28·Zbl 1152.76508号 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。