车身外表面凸出物,诸如外后视镜、行李架和天线等暴露于高速气流中,气流流经上述结构产生剧烈的流动分离致使结构尾流区域流动复杂,不仅对结构稳定性和安全性构成威胁,对车外流场气动特性的影响也不容小觑。随着汽车智能化及电子科技的迅猛发展,车外凸出物不乏改进升级或者有新结构的加入,如安装于智能车顶盖的柱状传感器,又如车外后视镜新增摄像装置、防雾加热器等使得后视镜有较大的增重,容易诱发结构振动。以往对结构的空气动力学分析中往往将结构视为静止刚体,忽略了结构在流场中的振动和变形及这种振动变形对流场的影响,从而导致分析结果的偏差。因此有必要开展结构振动对流场影响的探究。结构在流场中的受迫振动分析是研究结构振动对流场影响的简化方法。本文将车外凸出物简化为常用于流场分析的圆柱模型,低雷诺数下采用laminar模型,亚临界雷诺数下采用SST-kw模型,基于FLUENT的用户自定义程序(UDF)模块定义圆柱的运动轨迹,结合动网格技术,对不同流态下的圆柱振动模型进行流场仿真,通过改变振动的振幅和频率,探究结构振动对流场的影响规律。首先建立二维圆柱模型,分析不同雷诺数下的圆柱力系数及流场结构,确定合适的计算域及网格划分形式,并进行网格无关性验证,为圆柱振动下的流场仿真研究奠定基础。接着对低雷诺数Re=100和亚临界雷诺数Re=20000下的圆柱二维振动模型进行流场分析,振动选取变量为频率和振幅。给定频率以静止斯特劳哈尔频率为中心,等间距向两侧扩展,得到不同振幅和频率下的二维圆柱振动分析结果。结果显示,频率比1附近出现锁定区间,锁定区间内圆柱以单一频率振动,流场的压力和尾部涡流分布较为对称均匀。此时力系数发生突变,且振动对升力系数的影响更大,锁定区间的宽度与给定振幅的大小成正相关。圆柱在非锁定区的振动打破了流场原有的变化规律。考虑到实际湍流场中三维效应,对Re=20000下的三维圆柱进行分析。大量文献在分析三维圆柱绕流时一般认为圆柱是贯穿整个计算域的无限长圆柱,而对有限长圆柱的研究并不多见。本文建立无限长及有限长圆柱两种模型,无限长圆柱的流场仿真结果无明显三维效应,与二维圆柱有良好的一致性。与无限长圆柱相比,有限长的圆柱由于其自由端在迎流时出现下洗现象,更接近于车外凸出物的实际结构,故仿真分析中仅采用二维模型研究难以保证足够的精确性。三维有限长圆柱仿真结果中起主导作用的斯特劳哈尔频率仍与二维圆柱仿真结果一致,参照二维仿真的结果,分别选取锁定区和非锁定区的频率作用于有限长三维圆柱。结果显示,振动条件下升力系数幅值大幅增大,而阻力系数只在共振时有所增加。与静止有限长三维圆柱流场仿真分析比,锁定状态下流场结构分布均匀,力系数规律性变化。但不同于二维圆柱仿真时的简谐振动,有限长圆柱流场仍保留了流动的三维特性。给定频率在非锁定区的振动影响了尾流区的涡旋结构,多个频率作用,增加了流动的紊乱,有涡旋碎片溢出,验证了二维圆柱振动流场仿真的规律总结。