气动干扰对串列双幅类流线形断面颤振的影响

针对串列双幅类流线形断面,在均匀流场中进行了一系列的颤振稳定性风洞试验,并将试验结果与单幅类流线形断面的试验结果进行了对比。研究结果显示：气动干扰降低了双幅类流线形断面的颤振临界风速,间距越小,降低幅度越大;气动干扰增大了双幅类流线形断面的颤振频率,间距越小,增大幅度越大;与单幅类流线形断面相比,气动干扰使双幅类流线形断面的软颤振特性更明显。     

串列双幅典型断面三分力系数气动干扰效应

采用风洞试验与数值模拟相结合的方法对串列双幅典型断面（矩形断面、Π型断面及流线型断面）三分力系数和斯脱罗哈数的气动干扰效应进行了研究。首先针对宽高比为5的单幅矩形断面分别进行了三分力系数的数值模拟和风洞试验测试,数值模拟结果与风洞试验结果吻合良好;然后对串列双幅典型断面不同间距比D/B（D为双幅断面之间净间距,B为单幅断面宽度）对应的三分力系数及斯脱罗哈数进行了数值模拟。研究显示：上游断面阻力系数与单幅断面比较接近,下游断面阻力系数则随间距比D/B的增加而增加;上游断面升力系数、升力矩系数脉动根方差气动干扰因子明显小于下游断面升力系数脉动根方差气动干扰因子,两者均随间距比D/B先增加后减小。     

双幅典型断面静力系数气动干扰试验研究

建立了双幅桥面静力系数气动干扰的定量分析方法,定义干扰因子为双幅桥面的静力系数与单幅桥面的静力系数之比。基于测压风洞试验,针对3种典型断面(矩形断面、Π形断面和流线形断面),对双幅桥面桥梁静力系数气动干扰进行了研究。研究结果表明:静力系数气动干扰主要表现为遮挡作用,下游断面的阻力系数均值小于单幅断面结果。与流线形断面相比,钝体断面(矩形断面和Π形断面)的遮挡作用更明显。     

气动干扰对平行双幅断面气动导纳影响研究

针对平行双幅桥梁存在的气动干扰现象,采用节段模型测力风洞方法研究气动干扰效应对双幅断面气动导纳影响。结果表明,由于气动干扰作用,双幅断面气动导纳与单幅断面气动导纳存在一定差别,尤其阻力气动导纳;相同外形断面产生的气动干扰效应相似,不同外形断面产生的气动干扰效应不同;由于下游断面对上游断面气动干扰影响较弱,不同间距引起的气动干扰对上游断面气动导纳影响无明显规律;随间距的增大气动干扰对下游断面气动导纳影响逐渐减弱,间距足够大时,此影响可忽略不计。     

均匀流场串列双Π型断面涡激振动气动干扰试验研究

针对串列双Π 型断面涡激振动气动干扰效应,对不同间距比、不同阻尼比条件下,上下游Π 型断面在均匀流场中涡激振动气动干扰效应进行风洞试验研究,并将上下游Π 型断面涡激振动锁定区间、涡激振动振幅分别与单幅Π 型断面进行了对比。结果显示：上下游Π 型断面涡激振动锁定区间基本不随间距比、阻尼比变化而变化,上下游Π 型断面的涡激振动振幅则随间距比和阻尼的变化而变化。上游断面涡激振动气动干扰效应主要受间距比D/B 的影响,当间距比D/B=0.5~1.0 时,对上游断面涡激振动干扰效应最为明显;下游断面涡激振动气动干扰效应主要受上游断面涡激振动振幅影响;随着双幅断面间距比增加,这种干扰效应逐渐减弱。     

平行双幅桥梁的颤振控制试验研究

当平行双幅桥的两个主梁距离较近时,双幅桥面之间的气动干扰效应对颤振性能具有不利的影响。为提高平行双幅桥的颤振稳定性,基于一座平行双幅Π型断面斜拉桥,开展了间距比(D/B)、风嘴角度和竖向稳定板以及水平分离板等多种气动措施下节段模型风洞试验,分析了这些工况下的颤振临界风速和颤振导数的变化规律。结果表明,气动干扰效应对于双幅桥的颤振稳定性都具有不利的影响,其中该效应对上风侧桥的影响小于下风侧桥,对闭口截面的影响要小于开口截面,随着间距比的增大而逐步减小;此外,65°风嘴时的颤振稳定性最好,上中央和下四分点的竖向稳定板均可减小气动干扰效应,而水平分离板反之。     

双幅桥静分力系数气动干扰效应研究

为了研究并列双钝体箱梁气动力的干扰机理,进行了双钝体箱梁在不同间距比下的数值计算,并与风洞试验结果进行对比。研究表明：数值计算所得的气动力系数变化规律与风洞试验结果基本一致,数值计算得到的可视化流场分布可以解释气动力的干扰机理;并列双箱梁之间存在明显的漩涡,这是上游箱梁阻力系数减小、下游箱梁阻力系数为负的主要原因;下游箱梁的顶板受到的风吸作用明显减弱,这是下游箱梁升力显著减小的主要原因。     

双幅桥面桥梁主梁断面的气动选型

与常见的单幅桥面桥梁相比,双幅桥面桥梁主梁断面的气动选型更为严格,必须同时保证上下游两主梁断面都具有良好的气动性能。以某在建的双幅桥面桥梁为背景,通过一系列节段模型风洞试验,从主梁断面基本形状和检修车轨道的位置及高度两个方面进行了主梁断面的气动方案比选,对双幅桥面桥梁主梁断面的气动选型进行了初步研究。     

基于气弹模型的串列主缆气动干扰试验研究

通过气弹模型风洞试验,研究了不同间距、风偏角、风攻角及固有频率下,串列主缆间的气动干扰特性.研究发现,上游模型的干扰会导致下游模型发生面外振动为主的尾流驰振,且上游模型会跟随下游模型出现同一模态的小幅振动;随间距减小,尾流驰振临界风速相应降低;在负风偏角及正风攻角下模型更易出现尾流驰振;固有频率变大,总体上可提高尾流驰振临界风速.发生尾流驰振时,有多个模态共同参与振动,且各模态参与程度随风速增加规律性变化.模型运动轨迹为主轴在一、三象限内的椭圆振动,随风速增加主轴方向没有明显改变.最后,通过CFD数值模拟方法对试验结果合理性进行了验证.     

串列多方柱气动特性的试验研究

为研究串列多方柱的气动特性,采用刚性模型测压风洞试验的方法研究了雷诺数为3.2×104时,间距比在1.2 ～8范围内,串列双方柱和串列三方柱在不同间距比下的风压系数、升阻力系数以及斯托罗哈数.结果 表明:串列双方柱的临界间距比在3 ～3.5之间,串列三方柱存在两个临界间距比,分别在2.5 ～3和3.5 ～4.通过串列双...     

桥梁断面颤振稳定性的直接计算法

利用通用CFD软件进行桥梁断面颤振稳定性的直接数值计算对于初步设计阶段估计桥梁断面的颤振临界风速具有重要意义。本文基于CFD软件Fluent,发展了桥梁断面颤振稳定性的直接计算方法。利用直接计算方法对典型矩形断面和典型流线形断面的颤振稳定性进行了数值计算,并将计算结果与风洞试验结果进行了对比。对比结果表明了本文计算方法的正确性。     

双幅桥面桥梁三分力系数的气动干扰效应研究

双幅桥面桥梁在风的作用下,上下游两桥面之间会产生气动干扰效应。分别采用测力法和测压法对某双幅桥面桥梁三分力系数的气动干扰效应进行了一系列的节段模型风洞试验研究。结果表明:双幅桥面阻力系数的气动干扰效应不容忽视。与单幅桥面相比,下游桥面的阻力系数降低较多,上游桥面的阻力系数略有降低。上下游桥面升力系数和升力矩系数的气动干扰效应不明显。     

均匀风场中串列双矩形断面气动力干扰的数值研究

数值研究了均匀风场中串列双矩形断面气动力的相互干扰,讨论了这种干扰与断面间距的关系.结果表明:上游断面的阻力系数均值对干扰效应不敏感;与单矩形断面相比,下游断面的阻力系数均值降低很多;上下游两断面的阻力系数和升力系数的根方差值与断面的间距有密切的关系.     

串列多圆柱气动力干扰效应的试验研究

通过刚性模型测压风洞试验,在均匀流场中对比研究了不同数量和不同间距串列多圆柱气动力的干扰效应.串列多圆柱两相邻圆柱的中心距L与圆柱的直径D之比L/D的变化范围为1.2 ～12.0.圆柱数量的变化范围为1 ～4.试验的雷诺数为3.4×104.试验结果发现:串列多圆柱发生流态切换的临界间距比(L/D)cr为3.5 ～4.0...     

偏心桥梁断面颤振稳定性流固耦合数值模拟研究

以Ansys Fluent为平台,对二维两自由度偏心桥梁断面风致振动进行数值模拟研究。将Newmark-β法编程嵌入UDF,在每一时间步上求解微分方程得到并更新物理量的方式实现自由振动流固耦合。与非偏心桥梁节段模型相比,偏心节段模型动力学方程式左右两边分别耦合,利用Newmark-β法求解矩阵形式的偏心两自由度动力学方程组并输入简谐荷载进行调试,对比数值解和解析解证明程序正确性。非偏心节段模型数值模拟颤振临界风速与其他学者实验得到的颤振临界风速高度一致,通过此模拟方法进一步模拟偏心对桥梁节段模型的颤振稳定性提高效果。通过风洞试验验证了数值模拟的可靠性。     

平行双箱梁桥面颤振稳定性试验研究

在建的佛山平胜大桥和设计中的青岛海湾桥红岛航道桥方案分别是具有平行双箱梁的独塔自锚式悬索桥和独塔斜拉桥，对两座桥梁的单、双桥面弹性悬挂节段模型风洞试验结果表明双桥面之间存在不可忽略的气动干扰效应，从而使桥梁在单、双桥面状态时的颤振临界风速不同。以平胜桥主梁节段模型为基础的一系列风洞试验研究表明，平行双箱梁桥面主梁的颤振临界风速与两桥面之间的距离有关系，双桥面的颤振临界风速随两桥面之间距离D值的增大而增加。与单桥面状态相比较，平行双箱梁桥面的颤振导数也有相应的变化，且这种变化和两桥面之间的距离D也有关系。     

平板断面扭弯耦合颤振机理研究

基于二维三自由度耦合颤振分析方法,对平板断面经典扭弯耦合颤振的颤振驱动机理和颤振形态进行了深入研究。研究结果表明经典扭弯耦合颤振仍然是由气动负阻尼驱动的,“气动刚度驱动”的机理解释是不正确的,而气动负阻尼主要来源于系统扭转和竖向自由度运动之间的耦合效应。颤振形态矢量的分析结果显示经典扭弯耦合颤振发生时竖向自由度参与程度较高,表明扭转和竖向自由度的耦合效应相当强烈。对颤振形态同结构扭弯频率比以及颤振形态同结构颤振性能的关系进行了分析,虽然颤振形态同结构扭弯频率比之间存在简单、唯一的对应关系,但颤振形态同结构颤振性能的关系则比较复杂。最后对发生于平板断面的竖弯形态颤振的机理进行了探讨。     

宽高比为10的矩形断面气动特性试验研究

采用表面测压方法研究了宽高比为10的矩形断面在不同风速、不同初始攻角、不同扭转振幅条件下的断面不同位置风压系数的均值、标准差、斜度和峰度及相关系数,分析了大幅扭转振动状态下非线性和非高斯自激力分布规律。研究结果表明:风压系数均值和标准差与初始攻角和振幅紧密相关,风速影响基本可以忽略;随着振幅的增大,气流分离增强,气流再附位置向下游移动;断面不同位置风压相关性随着振幅和风速的增大而增强;气动扭矩的高阶谐波成分主要是由于气流分离和再附引起,高阶谐波分量所占比重随着振幅的增大而增大。     

桥梁颤振导数与气动导纳关系的试验验证

桥梁断面的气动导纳,除了利用风洞试验直接识别外,Scanlan通过假定Wagner函数和Kussner函数等效提出了利用颤振导数表示的气动导纳关系式,Hatanaka等提出利用"等效"的Theodorsen函数表示的气动导纳。这两种方法虽然简化了气动导纳的识别,但是在逻辑上都存在问题。本文利用风洞试验,识别了平板断面和长宽比为4的矩形断面的颤振导数和气动导纳函数。通过比较识别的气动导纳与利用上述两种方法计算的气动导纳,验证了这两种方法的不合理性。研究结果表明:通过等效的阶跃函数推导的气动导纳函数,因为忽略了高阶运动模式,所以导致识别的气动导纳随着折算频率的增加,与试验直接识别的气动导纳的差距逐渐增大,并最终趋向于一个极限值;这种方法仅在脉动风波长远大于断面特征长度时是适用的;根据等效的Theodorsen函数表示的气动导纳函数,在低频范围内也与直接试验结果较为接近,但是在高频范围内却表现出周期性的波动,而且对于钝体的矩形断面这种波动性更大。这种波动是由于采用了某种等效的Theodorsen函数来描述物体的气动性能,在Theodorsen函数变化后,却保持Theodorsen函数的组成函数维持不变这种逻辑上的错误造成的。     

受模糊干扰的耦合型颤振的模糊稳定性分析

首次在耦合型颤振的分析中考虑了模糊不确定性因素的影响，利用模糊数学分析方法详细探讨了受模糊干扰的模糊稳定切削阈的可能性分布及其置信水平的达式。