In this paper, we present a stability analysis of passive suppression devices for the vortex-induced vibration (VIV) in the laminar flow condition. A data-driven model reduction approach based on the eigensystem realization algorithm is used to construct a reduced-order model in a state-space format. From the stability analysis of the coupled system, two modes are found to be dominant in the phenomenon of self-sustained VIV: namely, the wake mode, with frequency close to that of the wake flow behind a stationary cylinder; and the structure mode, with frequency close to the natural frequency of the elastically mounted cylinder. The present study illustrates that VIV can be suppressed by altering the structure mode via shifting of the eigenvalues from the unstable to the stable region. This finding is realized through the simulations of passive control devices, such as fairings and connected-C devices, wherein the presence of appendages breaks the self-sustenance of the wake–body interaction cycle. A detailed proper orthogonal decomposition analysis is employed to quantify the effect of a fairing on the complex interaction between the wake features. From the assessment of the stability characteristics of appendages, the behaviour of a connected-C device is found to be similar to that of a fairing, and the trajectories of the eigenspectrum are nearly identical, while the eigenspectrum of the cylinder–splitter arrangement indicates a galloping behaviour at higher reduced velocities. Finally, we introduce a stability function to characterize the influence of geometric parameters on VIV suppression.

中文翻译：

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涡激振动被动抑制的稳定性分析

在本文中，我们对层流条件下涡激振动 (VIV) 的被动抑制装置进行了稳定性分析。使用基于特征系统实现算法的数据驱动模型约简方法构建状态空间格式的降阶模型。从耦合系统的稳定性分析，发现两种模式在自持VIV现象中占主导地位：即尾流模式，其频率接近静止圆柱体后面的尾流；结构方式，频率接近弹性安装气缸的固有频率。本研究表明，可以通过将特征值从不稳定区域转移到稳定区域来改变结构模式来抑制 VIV。这一发现是通过对被动控制设备（例如整流罩和连接 C 设备）的模拟来实现的，其中附件的存在破坏了尾体交互循环的自我维持。采用详细的适当正交分解分析来量化整流罩对尾流特征之间复杂相互作用的影响。从附件稳定性特性的评估中，发现连接-C 设备的行为类似于整流罩的行为，并且本征谱的轨迹几乎相同，而圆柱分离器布置的本征谱表明以更高的减速速度驰骋。最后，我们引入了一个稳定性函数来表征几何参数对 VIV 抑制的影响。例如整流罩和connected-C设备，其中附属物的存在打破了唤醒-身体交互循环的自我维持。采用详细的适当正交分解分析来量化整流罩对尾流特征之间复杂相互作用的影响。从附件稳定性特性的评估中，发现连接-C 设备的行为类似于整流罩的行为，并且本征谱的轨迹几乎相同，而圆柱分离器布置的本征谱表明以更高的减速速度驰骋。最后，我们引入了一个稳定性函数来表征几何参数对 VIV 抑制的影响。例如整流罩和connected-C设备，其中附属物的存在打破了唤醒-身体交互循环的自我维持。采用详细的适当正交分解分析来量化整流罩对尾流特征之间复杂相互作用的影响。从附件稳定性特性的评估中，发现连接-C 设备的行为类似于整流罩的行为，并且本征谱的轨迹几乎相同，而圆柱分离器布置的本征谱表明以更高的减速速度驰骋。最后，我们引入了一个稳定性函数来表征几何参数对 VIV 抑制的影响。其中附属物的存在打破了尾流-身体相互作用循环的自我维持。采用详细的适当正交分解分析来量化整流罩对尾流特征之间复杂相互作用的影响。从附件稳定性特性的评估中，发现连接-C 设备的行为类似于整流罩的行为，并且本征谱的轨迹几乎相同，而圆柱分离器布置的本征谱表明以更高的减速速度驰骋。最后，我们引入了一个稳定性函数来表征几何参数对 VIV 抑制的影响。其中附属物的存在打破了尾流-身体相互作用循环的自我维持。采用详细的适当正交分解分析来量化整流罩对尾流特征之间复杂相互作用的影响。从附件稳定性特性的评估中，发现连接-C 设备的行为类似于整流罩的行为，并且本征谱的轨迹几乎相同，而圆柱分离器布置的本征谱表明以更高的减速速度驰骋。最后，我们引入了一个稳定性函数来表征几何参数对 VIV 抑制的影响。采用详细的适当正交分解分析来量化整流罩对尾流特征之间复杂相互作用的影响。从附件稳定性特性的评估中，发现连接-C 设备的行为类似于整流罩的行为，并且本征谱的轨迹几乎相同，而圆柱分离器布置的本征谱表明以更高的减速速度驰骋。最后，我们引入了一个稳定性函数来表征几何参数对 VIV 抑制的影响。采用详细的适当正交分解分析来量化整流罩对尾流特征之间复杂相互作用的影响。从附件稳定性特性的评估中，发现连接-C 设备的行为类似于整流罩的行为，并且本征谱的轨迹几乎相同，而圆柱分离器布置的本征谱表明以更高的减速速度驰骋。最后，我们引入了一个稳定性函数来表征几何参数对 VIV 抑制的影响。而气缸分离器布置的特征谱表明在更高的降低速度下的驰骋行为。最后，我们引入了一个稳定性函数来表征几何参数对 VIV 抑制的影响。而气缸分离器布置的特征谱表明在更高的降低速度下的驰骋行为。最后，我们引入了一个稳定性函数来表征几何参数对 VIV 抑制的影响。