考虑弹性边界条件曲梁模型的覆冰输电线舞动

基于传统索单元理论的覆冰输电线舞动模型不能考虑平动和扭转的耦合作用以及扭转非线性。考虑绝缘子串和相邻跨度的刚度的影响,基于曲梁理论,根据Hamilton原理和Galerkin方法推导了考虑边界条件的三自由度舞动模型。采用Mathematica编制了曲梁理论模型和索理论模型程序分别对覆冰输电线舞动方程进行求解。算例分析表明,考虑边界条件的三自由度舞动曲梁理论模型与实测结果吻合较好,与索理论模型相比更优越。随着边界弹簧刚度的增大,竖向位移和侧向位移幅值随之增大,扭转位移幅值相应减小;发生舞动的下临界风速和上临界风速都在增大,舞动范围变小。弹性边界对副法向和扭转向模态影响较小,对轴向、竖向模态影响显著。     

覆冰四分裂导线舞动近似解析解分析

建立了带有刚性间隔棒的覆冰四分裂导线垂直、水平和扭转三自由度的耦合模型,并对由强非线性系统转化为弱非线性系统的方法进行了研究,运用平均法分析了非内共振、3∶1内共振和1∶1内共振时系统的振动情况,得到了风速、横向阻尼比、来流密度、线路档距等相关参数对导线舞动的影响及在不同参数影响情况下导线舞动的响应曲线,其近似解析解与数值解基本吻合。     

覆冰输电导线舞动的仿真分析

基于考虑输电导线垂向和扭转振动耦合的两自由度模型,利用多尺度法和数值分析方法,分别就系统参数和环境参数对临界风速和舞动振幅的影响进行了理论和仿真分析,并讨论了扭转振动分岔导致的可能复杂运动。利用零解的稳定性条件,得到了覆冰厚度、初始覆冰角度、来流密度、导线的初始张力和单位长度质量以及横向阻尼比对临界风速的影响曲线。基于解析和数值仿真的结果,分别给出了风速、覆冰厚度、来流密度、导线的初始张力和单位长度质量以及横向阻尼比对舞动振幅的影响曲线。对扭转振动分岔的研究表明,风速变化时,(零解失稳导致的)周期运动的分岔可导致倍周期运动和概周期运动等复杂运动形式。     

相邻档距作用下覆冰导线舞动的复杂运动响应

考虑相邻档距振动时所产生动张力对覆冰导线舞动的影响,综合几何非线性和气动载荷之非线性因素,基于Hamilton原理建立了附带边界条件的面内与轴向耦合的两自由度非线性动力学模型。忽略轴向运动的影响对系统进行简化并借助Galerkin法得到轴向激励下系统的常微分运动方程。通过计算相邻档距运动时产生的动张力确定轴向激励大小的基本范围,进而利用数值模拟考察了轴向激励频率和幅值对系统稳定性的影响。研究发现当轴向激励频率接近该跨导线的固有频率时,系统表现出倍周期、概周期和混沌等丰富的运动模式和动力学现象;并借助与单跨覆冰导线的数值模拟对比,表明相邻档距运动不仅导致该跨舞动幅值明显增大、临界风速下降、增大阻尼失效,且严重影响舞动的稳定性,为工程应用提供一定的理论支撑。     

基于增量谐波平衡法的覆冰输电线舞动分析

覆冰输电线的舞动是一种非线性振动。应用增量谐波平衡法推导了覆冰输电线的有限元分析模型及运动平衡方程,并对舞动方程进行了求解。该方程具有非线性平方及立方刚度项、平方及立方粘滞阻尼项。把振动过程分解成为瞬态的持续增量振动过程,迭代求出舞动频率及振幅,求得方程解的表达式。结合实例分析了输电线舞动的极限环现象和谐波项数的取值问题,与时程积分方法分析结果比较表明吻合较好。对风速增量进行了参数分析推导,算例表明不同风速下覆冰输电线舞动频率与振幅是不同的,在某个临界风速处会发生舞动分岔。     

覆冰四分裂导线舞动数值模拟研究

用Hamilton变分原理建立动力学平衡方程,利用罚函数法引入各子导线上间隔棒连接点之间的运动约束条件,获得覆冰四分裂导线动力方程。方程采用Newmark法进行时间积分,Newton-Raphson迭代法求解。通过数值算例验证方法的正确性。利用由风洞试验获得的覆冰四分裂导线空气动力系数,通过数值模拟获得初始攻角、风速和档距等对覆冰四分裂导线舞动的影响规律。结果表明,考虑作用于各子导线上空气动力载荷的不同对舞动幅值有明显影响;初始攻角的大小是诱发舞动的关键因素;舞动幅值随风速和档距的增大而增大。     

覆冰四分裂导线舞动数值模拟及参数分析

由于导线尾流相互干扰作用,覆冰分裂导线各子导线的空气动力特性存在差异。通过风洞试验获得典型新月形覆冰四分裂导线各子导线的空气动力系数随攻角变化曲线,为覆冰导线舞动数值模拟提供参数。利用ABAQU S有限元软件,通过梁单元自由度释放得到模拟覆冰导线的索单元,用用户自定义单元实现空气动力载荷的施加。对典型线路段舞动的数值模拟结果表明,考虑由于覆冰导线尾流效应引起的各子导线空气动力特性的不同后,导线舞动幅值明显增大。对覆冰四分裂导线的舞动进行参数研究,获得风速、覆冰厚度和线路档距等参数对导线舞动的影响规律,为覆冰四分裂导线舞动防止技术的研究奠定理论基础。     

温度变化对悬索非线性内共振响应特性影响

悬索是一类典型的同时包含平方和立方非线性的柔性结构,其模态间极易发生各种形式的内共振。以悬索同时发生主共振和2∶1内共振为例,探究温度变化对悬索非线性内共振响应特性的影响。通过引入张力改变系数,建立了均匀温度场中悬索面内非线性运动微分方程;利用Galerkin法和多尺度法分别得到激励作用在高阶和低阶模态时,系统极坐标和直角坐标形式的平均方程;通过绘制共振响应时的激励响应幅值曲线、幅频响应曲线、动态解、时程曲线、相位图、频率谱以及庞加莱截面,定性和定量地描述了温度变化影响下的内共振响应特性。数值算例表明:频率会明显改变悬索模态频率,影响系统内共振响应,温度上升时,内共振更容易发生在Irvine参数较小的悬索;无论激励直接作用在高阶还是低阶模态,共振响应幅值随温度上升而增加,反之则减小;直接激发的模态响应幅值与因内共振激发的响应幅值受温度变化影响的敏感程度存在明显区别;温度变化对动态分岔(霍普和倍周期分岔)影响要比对静态分岔(鞍结点和叉形分岔)明显得多;动态分岔随着温度上升,向更小激励幅值和频率方向移动;系统的动态解和周期运动与温度变化密切相关,受温度影响,系统可能呈现出截然不同的周期运动。此外对比理论分析解和直接数值积分解,结果表明两者吻合较好。     

覆冰导线动态气动力特性模拟与分析

为研究覆冰导线舞动时气动力的特性,从弱耦合角度出发,基于流体动力学仿真软件Fluent二次开发,利用用户自定义函数对导线的舞动轨迹进行编程并结合动网格技术实现流固耦合。计算了新月形覆冰导线在横向振动下的气动力系数,并与静态模拟结果和试验结果进行比较;分析了舞动幅值、频率和扭转振动对动态气动力的影响。结果表明：相同风速下,动态气动力系数大于静态值,二者具有相同的变化规律;阻力、升力系数随舞动幅值增大显著增加,特别是升力系数成倍增加;振动频率增加,也使动态气动力系数增大,但频率对动态气动力的影响小于幅值的影响;扭转振动对动态气动力有一定的影响。工程中采用静态气动力系数预测大档距舞动引起的断线的临界风速和塔承受的荷载,其结果不安全,应考虑动态气动力系数对舞动的影响。     

覆冰多分裂导线三种TMD防舞效果对比研究

在风洞试验验证的覆冰导线三自由度运动方程基础上建立了竖向、扭转向和竖扭耦合调谐质量阻尼器和导线系统的运动方程。提出采用扭转向和竖扭耦合的调谐质量阻尼器进行舞动防治,并与竖向调谐质量阻尼器进行对比。根据李雅普诺夫第一稳定定理计算导线-阻尼器系统起舞风速,采用Newmark-β法求解运动方程验证起舞风速的正确性。计算了D形覆冰6分裂导线全攻角舞动幅值,以舞动幅值最大的170°风攻角为目标风攻角,以提高目标风攻角起舞风速为优化目标,对三种调谐质量阻尼器进行参数优化,并对比研究了不同风攻角下三种阻尼器在最优参数下对于导线起舞风速提高的效果。研究表明:竖向调谐质量阻尼器在覆冰侧迎风的5°～20°风攻角下降低了起舞风速;扭转向调谐质量阻尼器使得覆冰侧迎风的0°～40°风攻角的导线起舞风速提高至10 m/s以上;竖扭耦合的调谐质量阻尼器较另外两种形式的调谐质量阻尼器具有更好的提高起舞风速的效果。     

考虑摆动效应的覆冰导线两自由度驰振稳定性分析

该文推导了考虑覆冰导线摆动的水平竖向耦合两自由度驰振模型,结合覆冰导线模型高频天平测力试验结果,采用劳斯判据分析了基于导线自振特性的广义两自由度准椭圆形覆冰导线的驰振稳定性。分析结果表明:在进行准椭圆形覆冰导线两自由度驰振稳定性分析时,气动力系数需采用七阶以上多项式描述;导线摆动对稳定性分析影响较大,不考虑导线摆动影响分析得到的不稳定风向角范围偏小,临界风速偏大;提高结构阻尼可以有效的提高驰振临界风速。最后得到了准椭圆形覆冰导线两自由度驰振稳定性分析的一般结论。     

发动机机体辐射噪声优化方法研究

针对某发动机机体辐射噪声突出的问题,本文在采用多体动力学、有限元法和边界元法的基础上,提出利用Minitab软件中的DOE多目标分析手段对发动机辐射噪声进行优化的方法,以该发动机机体为研究对象,对影响机体辐射噪声的7个因素进行研究,使用较少的组合次数得到机体中对辐射噪声声功率、质量等参数的主要影响因素及各因素之间的交互关系,并根据相关影响情况,选取辐射噪声声功率和质量两个主要参数重新调整各因素的参数值对机体进行优化。结果表明：通过Minitab软件优化后该机体的辐射噪声声功率减小了1.54dB(A),和计算模拟值较吻合,提高了优化效率,且达到目标值要求。为发动机机体辐射噪声的优化提供了崭新的思路。     

覆冰斜拉索驰振稳定性的理论研究

覆冰斜拉索可能会发生驰振振动并影响到斜拉桥的安全。在进行风洞试验对6种覆冰拉索模型测力的基础上,推导了覆冰拉索1阶模态驰振的运动微分方程,并采用龙格-库塔法进行求解,得到了拉索的驰振响应规律。以海南洋浦大桥为工程背景,研究了中跨最长拉索M18的驰振临界风速,研究了覆冰长度、拉索阻尼比等对驰振临界风速的影响。结果表明,在新月形、扇形和D形覆冰条件下,中跨最长拉索M18的驰振临界风速在10-15m/s范围内,远小于基本风速,存在发生驰振可能性;随着阻尼比的增加、覆冰长度的变短以及拉索长度的变短,驰振临界风速增加。     

考虑导线偏心覆冰对四分裂导线舞动的影响

采用风洞试验获得典型新月形覆冰四分裂导线的升力、阻力和扭矩系数随风攻角的变化规律。基于ABAQUS有限元软件提出一种考虑偏心覆冰作用的导线数值模拟方法,并利用算例验证了该方法的正确性。在此基础上,利用ABAQUS用户自定义子程序UEL编写气动载荷单元,实现考虑偏心覆冰作用的导线舞动数值模拟方法。采用该方法与传统数值模拟方法对典型新月形覆冰四分裂导线的舞动特征进行对比分析。结果表明,该方法能准确反映覆冰导线运动过程的扭转特性。考虑偏心覆冰作用后,覆冰四分裂导线的位移和扭转角幅值明显增大,振动形态更为复杂。因此,在研究覆冰导线舞动时,有必要考虑偏心覆冰作用的影响。     

三维覆冰斜拉索风致振动驰振分析

斜拉索偏心覆冰后,气动外形不再稳定,在风的作用下,可能诱发驰振。大幅的驰振将威胁到拉索结构的安全,因此,有必要对覆冰拉索的驰振稳定性进行深入的研究。应用FLUENT中的SST k-ω模型对三维覆冰斜拉索的绕流场进行数值模拟,得到全攻角下的阻力系数、升力系数及驰振力系数,依此判定覆冰斜拉索是否发生驰振,并得到某大跨斜拉桥部分斜拉索的驰振临界风速。结果表明：经过三维模拟计算的覆冰拉索的部分驰振力系数小于零,并且驰振临界风速较小,斜拉索易发生覆冰驰振;与风洞试验和二维模拟数据比较,三维覆冰斜拉索模拟获得的气动力系数比二维更接近试验值。     

覆冰输电导线舞动及防舞效果分析

根据拉格朗日运动方程推导了两端固定的安装了压重或失谐摆这两种防舞器的覆冰输电导线舞动的非线性微分方程组;提出了临界风速的计算方法;采用龙格—库塔方法在时域中直接求解舞动非线性微分方程组得到舞动振幅的时间历程。以某试验导线作为算例,研究结果表明:当输电导线的扭转频率与横风向频率接近时扭转舞动可以激发横风向舞动;当风速位于某一范围之内时导线舞动的振幅比较大;导线舞动振幅随导线垂度显著变化,并存在一个最不利垂度或最不利张力使导线舞动振幅达到最大;压重防舞可以减小但不能消除导线的舞动,而失谐摆防舞器可以完全消除导线的舞动。