流致振动是钝体在流体中难以避免的一种现象,包括涡激振动、驰振、颤振、抖振等,其成因和发生条件各有不同。在一般情况下,流致振动是有害的,它会导致结构疲劳损伤,甚至直接导致结构的垮塌。由于流固耦合的复杂性和特殊性,人们对其认识尚不全面,尤其是一些特殊结构和阵列结构,其流致振动特性有待于进一步研究。开发有效的流致振动控制措施具有重要工程应用价值。同时,任何事物都有两面性,流致振动作为一种可控、可持续的动力来源,也可以将其动能收集用于发电。基于流致振动的发电技术相比于传统的水力发电设施,最主要的优点是能在低流速的状态下保持较高的能量转化效率,因此其适用范围更广。目前基于流致振动的集能装置处于研发初期,有良好的研究前景。本文以钝体流致振动特性为主线,研究了串列双圆柱的涡激振动、驰振模式和集能特性;提出基于刚度配置的集能优化策略;发明了一种利用多孔材料覆层控制圆柱涡激振动的技术,该技术既可用于抑制一般工程应用中的涡振,又可用于提高集能装置的效率;研究了钝体刚性平板的颤振响应特性,为将来开发基于颤振的集能装置打下基础。主要研究内容如下:研究等刚度串列双圆柱的振动模式与集能效率。首先对2000组工况等刚度串列双圆柱进行水洞试验,研究双圆柱流致振动的流场结构、振动幅值与频率及相位差等特性、振动模式及其机理,并对振动模式和集能效率进行系统的参数分析。系统研究基于刚度配置的串列双圆柱体系集能优化策略。研究上下游圆柱刚度对流致振动特性的影响,发现改变下游圆柱刚度可以增大圆柱流致振动幅值、改变涡振分支、提前诱发驰振等增大集能效率的特性。给出测试流速范围集能功率和效率包络线以及各流速下的最优系统参数。发明利用多孔材料覆层控制圆柱涡激振动的方法。对利用多孔材料覆层控制圆柱涡激振动进行风洞试验,结果表明,覆层推后了尾涡生成位置,从而大幅降低脉动升力;进一步试验结果分析表明,不同参数的覆层对涡激振动存在抑制或增强两种效应,可将涡振幅值降低至4%或提高至220%,对一般工程的减振和集能装置的增强均可适用。研究分离式双箱梁的涡激振动和尾流激振机理。通过对气弹模型的风致振动试验和旋涡行为揭示了分离式双箱梁空隙涡脱和尾流涡脱对低速风致振动特性的影响。研究钝体刚性平板的颤振特性。发现了二自由度平板颤振发生过程中的四个阶段,通过外激励荷载得到了亚临界Hopf分岔中的不稳定界限换幅值,给出了完整的分岔图和相应的分岔方程。通过流场显示技术展现了颤振发生过程中的流场演化以及模态变化。