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2026 article

Vortex dynamics and amplitude modulation in vortex-induced vibration of a low-aspect-ratio stepped cylinder

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Rattachement africain : cn. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

An experimental study is conducted to investigate the vortex-induced vibration (VIV) of stepped cylinders with Reynolds numbers (Re=1150–7750) to clarify the mechanisms of amplitude modulation controlled by the diameter ratio (D*=1.3–3.0) and coverage ratio (R=10%–100%). By integrating dynamic response measurements with time-resolved particle image velocimetry and proper orthogonal decomposition (POD) analyses, the global VIV response is categorically mapped into three regions: inert, suppression, and enhancement. It is found that the response amplitude of the stepped cylinder is modulated by the dynamic competition between the staggered geometric parameters. In the inert region (D*≤1.9 and R≤50%), weak geometric discontinuities preserve a canonical plain cylinder like response. In the suppression region (emerging at D*>1.9 with moderate coverage 30%≤R≤50%), increasing (D*) enlarges the mismatch between the wake-development scales of the large- and small-diameter sections, as reflected by the increased vortex-formation-length difference and more dispersed POD energy distribution. This wake mismatch is accompanied by a reduction in the velocity-in-phase lift component, Clv, indicating weakened net fluid–structure energy transfer. Conversely, in the enhancement region (beyond a critical threshold of around R≥60%), an increase in R causes the large-diameter sections to dominate the overall wake, and the POD mode of the downstream vortex shedding is also dominated by the large cylinder. In addition, the “dual lock-in” phenomenon for stepped cylinders is further examined in the present low-aspect-ratio configuration. The observed “dual lock-in” is identified as a sequential resonance of the system natural frequency, in which the vortex shedding frequencies of the two sections successively approach the structural natural frequency while the cylinder remains in single-frequency motion. The traditional combined mass–damping parameter describes the peak response only under limited conditions. Nevertheless, for D*≤2.2, the measured amplitude remains strongly correlated with that estimated from the harmonic force-balance relation, with r>0.8 over most coverage ratios. These findings provide a unified interpretation of wake competition, energy transfer, and amplitude modulation in stepped-cylinder VIV.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Vortex dynamics and amplitude modulation in vortex-induced vibration of a low-aspect-ratio stepped cylinder
Date Crossref
01/08/2026
Éditeur
AIP Publishing
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Où se fait cette recherche

  • Ocean University of China State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Shanghai Jiao Tong University pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Southern University of Science and Technology Advanced Institute for Ocean Research pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Huanghuai University pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • College of Engineering pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • College of Building Engineering pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure

State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering — Ocean University of China, Shanghai Jiao Tong University et Advanced Institute for Ocean Research — Southern University of Science and Technology, avec 3 autres affiliations.

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