The dynamics of flexible sheet flapping in uniform flow are profoundly influenced by the boundary conditions imposed upon the sheet. This study introduces an innovative configuration featuring an S-shaped bluff sheet characterized by asymmetric clamp angles relative to the centerline and clamp directions oriented perpendicular to the flow. This unique design enables the sheet to undergo largeamplitude periodic oscillation. Experimental investigations are conducted to explore the oscillatory behaviour of the sheet in uniform flow, aiming to unravel the intricate relationships among various parameters that impact its dynamics. The objective is to enhance our understanding of the oscillating dynamics of elastic sheets and uncover the key mechanism responsible for driving the periodic motion. The motion characteristics of the sheet are classified into three distinct modes based on the flow velocity. Notably, variations in the vicinity of the clamps are observed to trigger a sharp increase in the sheet’s amplitude. In order to elucidate the behaviour of the sheet, scaling analyses were conducted on governing equations and essential-physical quantities. Successful analysis was carried out on the dynamics of the sheet, including the prediction of the moment when the amplitude increases. Moreover, substantial variations in bending energy were observed near both clamps, and a quantitative calculation of the energy amount was performed, presenting the potential for a novel energy harvester. Significantly, the advantage of strong vibrations occurring at relatively low flow velocities was demonstrated compared to previous studies with fixed-fixed boundary conditions.
유동에 의한 유연한 연성체의 진동 역학은 연성체에 가해지는 경계 조건에 따라 크게 변한다. 본 연구에서는 두 고정부의 각도를 가로축 중심선상에 90도, -90도가 되도록 고정한 S자 초기 형상을 제안하였다. 이때 연성체는 유체에 수직인 면적이 넓고 진동 중에 해당 면적을 유지해 진동을 유발하는 유체력이 타 모델 대비 큰 값으로 작용하는 이점이 있다. 본 연구에서는 새롭게 제시한 S자 형상 연성체의 진동 메커니즘 및 진동 역학에 영향을 미치는 굽힘 강성과 고정부 사이의 거리에 의한 효과를 실험적으로 연구하였다. 연성체의 운동 특성은 유속에 따라 세 가지 모드로 분류되었으며, 고정부 근처의 시트에 각 변화가 있을 때 연성체의 진폭이 급격히 증가하는 것이 관찰되었다. 시트의 거동 규명을 위해 지배 방정식 및 주요 물리량에 대한 스케일링 분석을 진행하였고, 진폭이 커지는 순간의 예측 및 시트의 운동 역학에 대한 분석을 성공적으로 진행하였다. 또한 양쪽 클램프 근처에서 큰 폭의 굽힘 에너지의 변동이 관찰되었으며, 변동량을 정량적으로 계산해 새로운 에너지 하베스터의 가능성을 제시했다. 실제로 고정-고정 경계 조건의 이전 연구 대비 비교적 낮은 유속에서 강한 진동이 시작되는 이점을 보인다.
