Major Máté (szerk.): ÉPÍTÉS-ÉPÍTÉSZETTUDOMÁNY - A MTA MŰSZAKI TUDOMÁNYOK OSZTÁLYÁNAK KÖZLEMÉNYEI, 13. KÖTET (1981)
1981 / 1-2. szám - DEBRECZENY ELEMÉR: Körkeresztmetszetű karcsú szerkezetek számítása sztochasztikus gerjesztés esetén
DR. DEBRECZENY ELEMÉR., a műszaki tudományok kandidátusa KÖRKERESZTMETSZETŰ KARCSÚ SZERKEZETEK SZÁMÍTÁSA SZTOCHASZTIKUS GERJESZTÉS ESETÉN Bevezetés Körkeresztmetszetű, karcsú szerkezetek szélirányra merőleges lengéseinek számítására több módszer áll rendelkezésünkre. Ha a lengések gerjesztését idegen, periodikus gerjesztésnek tételezzük fel, akkor a determinisztikus számítási módszert alkalmazzuk, melyről a magyar szakirodalomban már több szakdolgozat, illetőleg könyv jelent meg [1, 2, 3, 4, 5]. A későbbiekben részletesen kifejtett okok miatt jobban közelítjük meg a valóságot, ha a lengéseket előidéző erőket véletlen jellegűeknek (sztochasztikus) tekintjük. Jelen dolgozatunk célja, hogy a külföldi szakirodalomban már kidolgozott, de magyar nyelven még nem ismertetett sztochasztikus számítási módszer alkalmazását ismertesse körkeresztmetszetű, karcsú szerkezetek szélirányra merőleges lengéseinél. Bevezetésül foglaljuk röviden össze a determinisztikus számítási eljárás alapjait, megjegyezve, hogy ez a legrégebbi számítási módszer a szóban forgó szerkezetek szélirányra merőleges lengéseinek számítására, és a vonatkozó szabványok [6, 7] ma is ezen az elméleten alapulnak. A hossztengelyükre merőleges, egyenletes áramlásba helyezett körhengereken Kármán-örvények keletkeznek. A leváló örvények hatására kialakuló periodikus, szélirányra merőleges erők hajlítás szempontjából lágy (vagy rugalmasan ágyazott) hengereken — bizonyos szélsebességek esetén — nagy amplitúdójú rezgéseket képesek előidézni, ha a leváló örvények frekvenciája a szerkezet saját, általában alapfrekvenciájával megegyezik, vagy ha azt megközelíti [1, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10, 11, 12, 13]. A determinisztikus szemléleten alapuló számítási eljárásban fontos szerepe van a Reynolds-számnak, elsősorban az örvényleválások szempontjából. A periodikus örvényleválások a bennünket nem érdeklő 500 rre·150 alacsony tartományon kívül a 300 ‰ Re ‡ ^ 2.105 és a^ 5.106 Re tartományokban vannak. A két tartomány közötti, ún. kritikus Reynolds-szám feletti tartományban Re ‡ ^ 2.105 értéknél a körhenger körüli határréteg turbulens lesz. Bentieket különben Kollár [5] részletesen ismerteti könyvében. Ebben a tartományban a határréteg leválási pontja hátrafelé vándorol, az örvényút összeszűkül. Megnő viszont a henger mögötti nyomás, így a henger áramlási ellenállása lecsökken. Ettől kezdve az örvényleválás az egész tartományban minden uralkodó frekvencia nélkül, teljesen szabálytalanul és egy széles frekvenciaspektrumban következik be. Az aeroelasztikus események szempontjából jelentős a dimenzió nélküli Strouhal-szám is, melynek értékében az nL a henger egy oldalán másodpercenként leváló örvények számát jelenti. A kritikus Reynolds-szám alatti és a transzkritikus tartományokban a Strouhal-szám alapvetően azt a frekvenciát 3*