索膜结构风致流固耦合气动阻尼效应研究

根据三角形重心坐标系原理提出了基于松耦合计算的流固耦合网格协调插值新方法,提高了流固耦合的计算效率;为解决由于柔性结构加速度过大而导致的求解不稳定问题,通过在1个时间步上进行流体及结构间反复交替求解来得到稳定的时程解。应用上述方法对一柔性平屋盖结构进行风振响应的数值模拟计算,通过与风洞试验的对比验证了计算结果的可靠性,并较全面地再现结构在风作用下的实际行为。在此基础上,联合采用经验模态分解法(EMD),随机减量法(RDT)和希尔伯特变换法(HT)从结构的动力响应时程数据中提取到了结构的气动阻尼特性信息。分析结果表明,气动阻尼在柔性结构的风振响应中作用不容忽视,主要表现为:四周封闭建筑的阻尼比远小于迎风面开孔建筑的阻尼比,且四周封闭状态下气动阻尼随风速变化小,其对总阻尼的影响较小;而迎风面开孔状态下气动阻尼较大且随风速的增大而增大。因此,对于柔性且阻尼较小的结构,特别对于开孔结构,气动阻尼的影响不可忽略。     

高耸格构式结构风振数值分析及风洞试验

以１８３ｍ高的某跨江输电铁塔为原型，设计制作了全塔气动弹性模型，对高耸格构式结构的风荷载及风振响应进行了风洞试验研究，获得了风振响应和风振系数等重要结果，并采用空间桁架模式，考虑风与结构耦合作用的影响，在频域中进行了随机风荷载作用下的风振响应数值计算机分析。     

某菱形截面纪念碑风致气弹响应风洞试验研究

对某高100米的菱形截面纪念碑进行刚性模型多点同步扫描测压与摆式气弹模型测振风洞试验,进而在测压数据基础上建立频域风荷载模型并采用随机振动分析方法计算结构风振响应,同时应用随机减量技术（RDT）识别了该气弹模型风致振动时的气动阻尼比。当在频响函数中考虑气动阻尼比后的风振响应计算结果和气弹模型试验值具有很好的一致性。由于实际结构振型与摆式模型线性振型存在差异,用振型修正系数修正气弹模型试验结果可得到实际结构风振响应。分析结果表明,刚性模型测压建立荷载模型,结合气弹模型测振识别气动阻尼,代入实际结构频域响应计算方法能够较精确地评估强风作用下低频小阻尼高耸结构的风致气弹响应。     

雷暴风激励下简支梁式屋盖结构的风振响应参数化分析

基于时域分析方法对简支梁式屋盖结构在雷暴冲击风作用下的风振响应进行参数化研究。利用混合随机模型对雷暴冲击风强风荷载进行数值模拟,其中平均风采用Wood竖直风剖面方程与Holmes经验模型模拟,脉动风采用基于Kaimal目标谱的自回归AR模型模拟,谱分析结果表明雷暴风模拟结果具有较好的精度;分析了结构主要参数和雷暴风参数对结构风振响应的影响,结果表明:结构刚度、跨度、最大风速半径及风暴移动速度对结构的风振响应影响较大。针对雷暴风中平均风和脉动风响应均随时间变化的特性,采用基于包络概念的整体风振系数计算方法,分别研究了不同参数下的整体位移风振系数和整体荷载风振系数,结果表明,采用结构整体位移风振系数进行雷暴风等效静风荷载分析具有更高的精度。     

雷暴风激励下简支梁式屋盖结构的风振响应参数化分析EI北大核心CSCD

基于时域分析方法对简支梁式屋盖结构在雷暴冲击风作用下的风振响应进行参数化研究。利用混合随机模型对雷暴冲击风强风荷载进行数值模拟,其中平均风采用Wood竖直风剖面方程与Holmes经验模型模拟,脉动风采用基于Kaimal目标谱的自回归AR模型模拟,谱分析结果表明雷暴风模拟结果具有较好的精度;分析了结构主要参数和雷暴风参数对结构风振响应的影响,结果表明:结构刚度、跨度、最大风速半径及风暴移动速度对结构的风振响应影响较大。针对雷暴风中平均风和脉动风响应均随时间变化的特性,采用基于包络概念的整体风振系数计算方法,分别研究了不同参数下的整体位移风振系数和整体荷载风振系数,结果表明,采用结构整体位移风振系数进行雷暴风等效静风荷载分析具有更高的精度。     

大跨度平屋面的风振响应及风振系数

本文在有限元分析的基础上建立了大跨度平屋面结构在风荷载作用下的风振响应谱分析方法,并采用Davenport谱和由风洞试验得到的屋盖表面的平均风压分布系数计算了屋面的风振响应及风振系数。文中还深入探讨了屋面刚度、来流风速及风向等参数对大跨度平屋面竖向风振响应及风振系数的影响。计算表明:① 大跨度平屋面的竖向风振响应主要是由第一振型所支配,高阶振型对屋面板竖向风振响应的影响很小;② 屋面刚度及来流风速对大跨度平屋面的竖向风振响应影响比较大,但对位移风振系数的影响不太明显;③ 在工程设计中,建议采用位移风振系数来计算大跨度平屋面的等效静力风荷载。     

强耦合法在膜结构风振流固耦合分析中的程序实现与应用

研究强耦合整体方法在膜结构风振流固耦合效应分析中的程序实现与应用。基于强耦合整体式方程,介绍了采用Fortran语言编写膜结构流固耦合效应计算程序的实现过程,以及程序实现中需要的数值计算方法。对计算程序中的重要求解步骤进行了分析,介绍了相应程序的实现过程。最后将强耦合整体方法计算程序应用于典型膜结构的风振流固耦合计算中,得到了结构在不同风向角下考虑和不考虑耦合效应时的风压系数,其结果与已有风洞试验结果基本一致。同时计算了膜结构的风振响应和周围流场的分布。结果证明提出的强耦合整体方法程序适用于计算膜结构风振中的流固耦合效应,结果正确可靠     

塔桅结构考虑风与结构耦合作用的风振响应分析方法

本文通过分析塔桅结构具有较低基频,较小阻尼等特点,利用数字模拟的方法,研究了塔桅结构考虑风与结构耦合作用的风振响应的分析方法,为进一步的深入分析提供了基本的方法。     

B类风场与台风风场下输电塔的风振响应和风振系数

为研究常规B类风场与台风风场下输电塔的风振响应差异,以沿海地区某四回路角钢输电塔为原型建立了有限元模型,采用谐波叠加法生成两类风场下的风速时程,并在时域内进行了输电塔风振响应和风振系数的数值分析。结果表明：台风风场的高湍流特性导致其作用时各测点的顺风向风振响应均大于B类风场下的对应值。两类风场下,输电塔的风振系数比值约为1.25。因此,台风多发地区的输电塔设计必须考虑台风高湍流引起的动力风荷载增大效应。此外还进行了气弹模型风洞试验,以研究不同风速下的气动响应和风振系数,并将试验结果与理论计算进行了分析比较,验证了数值分析的适用性。     

基于气动新模型的大跨度桥梁频域抖振分析

提出采用准定常气动刚度与基于试验的非定常气动阻尼进行气动修正的大跨度桥梁抖振计算新模型.桥梁节段模型风洞试验表明,气动新模型能相对更准确地描述桥梁结构的气动刚度与气动阻尼特性.以东海大桥的风致抖振响应为例,对气动新模型与传统Scanlan颤抖振模型的分析结果进行了对比研究.计算结果与风洞试验表明,气动新模型具有良好的计算精度与明确的物理意义.     

输流管道耦合动力特性分析

管道中流体和弹性体之间的相互作用是引起管道振动的主要原因,这种流固耦合作用对管道动力特性有直接影响。通过实验和数值分析研究输流管道在流固耦合作用下的振动模态、幅频响应等动力特性的变化规律。根据流体三维波动方程和管道动力学方程之间的耦合关系建立空间输流管道系统的直接流固耦合动力有限元模型,进行管道系统有无流体两种工况下的模态实验。通过和实验结果的对比,验证了输流管道耦合动力学模型的合理性和流体对管道模态的影响,研究了不同频率下流固耦合特性对管道幅频响应的影响及作用机理。发现水介质流体显著降低了管道固有频率,但是在不同频率下流体对管道幅频响应的作用效果并不相同。     

高层建筑风振控制的复模态随机反应分析

本文探讨受斜拉弹簧阻尼器模型装置(CTSD)控制的高层建筑结构在顺风向脉动风激励下的随机风振反应问题.文中将高层建筑和CTSD控制机构作为一个整体的耦合体系.同时考虑体系阻尼的非正交性,建立了一种以复模态组合为基础的新的随机反应分析方法——复模态状态空间法;导得了受控体系状态反应以及结构各层反应统计解的统一表达式.通过对框架型高层建筑的实例计算以及与非耦合实振型反应结果的比较表明,该方法是很有理论和实用价值的.     

索膜结构风振气弹效应的风洞实验研究

提出一种可以考虑索膜结构与风荷载动力耦合作用的简化气弹力学模型方法。以该方法为理论基础,进行了多个鞍形索网和鞍形膜结构的缩尺模型风洞气弹实验。研究内容包括:1)通过对形状相同的刚性模型和弹性模型表面的脉动风压与结构响应观测,探讨了附加气动力对结构响应的影响;2)利用随机减量技术对实验数据进行处理,实现了对气动阻尼、附加质量等参数的识别;3)通过对大量试验数据分析,得到了附加质量和气动阻尼随来流风速、风向、结构刚度和结构振动模态的变化规律。实验结果表明:气动阻尼对结构振动的影响较为显著,特别是对结构的低阶模态,气动阻尼比可达到15%左右;附加质量对结构振动的影响较小,其量级仅为结构质量的1倍―2倍左右。该试验过程中未发现结构出现整体气弹失稳现象,但在某些工况下,在结构局部测点出现气动负阻尼。     

薄膜结构气弹动力稳定性研究

将扁壳的无矩理论和流体的理想势流理论结合起来对薄膜结构的气弹动力稳定性进行了研究,提出了结构失稳的判别准则,确定了结构失稳临界风速。首先应用扁壳的无矩理论建立了薄膜结构的动力平衡方程。然后假设来流为均匀的理想势流,考虑流固耦合作用,对风向沿结构拱向和垂向时分别采用不同的气弹模型确定了作用于薄膜表面的气动力,得到了两种情况下薄膜结构的气弹动力耦合作用方程。利用Bubnov-Galerkin方法将此耦合作用方程转化为一常系数二阶微分方程,并根据Routh-Hurwitz稳定性准则确定了薄膜的失稳临界风速。最后通过对临界风速的影响因素进行分析,得到了一些重要结论,并提出了防止薄膜结构气弹失稳的一些基本措施。     

高层建筑风致响应的简化分析方法

简化高层建筑风致响应的计算对实际工程和规范应用均具重要意义。对高层建筑风致响应的简化计算方法进行了研究。定义了背景响应修正因子,并根据试验结果和对典型建筑风致响应的分析,给出了典型高层建筑的背景响应修正因子的建议取值。在对共振响应计算进行简化研究时,引入等效风谱技术,并给出了等效相干系数的新的表达式。提出的方法可以大大简化高层建筑风致响应的计算,并具有很高的精度。     

小垂度薄膜屋盖的气弹动力耦合作用方程

薄膜结构自重轻、刚度小、自振频率低,对风的作用非常敏感,一般认为在风荷载作用下会产生较大的位移和加速度反应,并可能引起局部流场的变化甚至诱发气弹失稳,所以应在考虑风与结构的耦合作用基础上分析结构的风振反应。研究了风与薄膜屋盖的耦合作用方程。从弹性薄壳的无矩理论出发,考虑薄膜结构的几何非线性,并引入扁壳理论的假定建立了小垂度薄膜屋盖的平衡方程和相容方程。然后采用流体力学中的势流理论并参考空气动力学中的薄翼型理论确定了作用于封闭薄膜屋盖外侧的动气压,从而建立了风与薄膜屋盖的动力耦合作用方程。为下一步的研究提供了解析模型。     

高层钢结构TMDs风振舒适度控制最优参数与简化设计

分别将脉动风视为白噪声和采用Davenport风速谱，基于建筑荷载规范GBJ9－87，导出了高层钢结构－TMD系统减振系数DRF1和DRF2。数值研究表明；高层钢结构的基本周期和基本风压不影响TMDs最优设计参数；将脉动风设为白噪声或采用Davenport风速谱时，TMDs最优设计参数未有改变，但减振系数略有变化。同时，基于导出的高层钢结构TMD－系列加速度传递函数及加速度动力放大系数，研究了TMDs最优参数取值。提出了高层钢结构TMD风振舒适度控制简化设计过程。数值算例说明了本文方法的应用及TMDs对高层钢结构风振舒适度控制的有效性。比较了基于位移和加速度设计的TMDs系统。     

三十米高杆灯的风致振动的测量研究

本文通过环境激励的响应分析，研究了３０米高杆灯的动特性。然后，在发生风致振动的实际条件下，测量了振动频率和振型以及当时的风速，确认振动的原因是一种流固耦合作用形成的风的尾流脱落激励引起结构共振。文中讨论了环境激励响应测量的理论依据，测量方法、数据采集和分析技术，并给出了避免风致振动的理论依据及有关设计公式。     

多向地震耦合作用下高耸结构土-结构动力相互研究

研究了水平地震与竖向地震耦合作用下,考虑土-结构相互作用以及二阶效应对结构反应的影响。采用集总参数法,推导了结构在竖向地震和水平地震作用下的运动方程,对某高层建筑的地震反应进行了数值分析。结果表明:考虑土-结构相互作用使结构周期延长,变形增大;竖向地震作用使结构的地震反应有不同程度的增加;考虑二阶效应后结构的位移反应以及层间剪力增加。故在设计建筑在软土地基上的高层及高耸结构时,应该考虑结构的重力二阶效应,考虑其对结构的整体稳定性的不利影响。     

高层建筑风振控制基于规范的实用设计方法

在建立了设置被动减振装置的高层建筑风振控制效果结构等效阻尼比计算公式的基础上,依据《建筑结构荷载规范》和高层建筑结构设计规程提出了设置被动减振装置高层建筑风振控制基于规范的实用设计方法。应用本文方法对设置矩形ＴＬＤ的上海中环广场超高层建筑的计算结果表明：本文方法具有简单、直观,且可与常规的结构抗风设计结果进行直接比较的特点,是风振控制规范化的一种设计方法,完全可为广大结构工程师所接受。