平板断面颤振过程中的能量输入特性研究

通过风洞试验研究了流线型较好的平板断面的颤振性能,基于流固松耦合的计算策略,应用CFD数值方法, 模拟了平板的颤振过程,并用相位平均的方法研究了颤振临界状态下模型尾部旋涡的演化规律, 分析表明模型尾部风嘴处呈直线排列的涡街的规律性摆动主导了结构振动直到模型振动发散。利用分块分析的思路研究颤振过程中气流能量在模型表面不同区域的输入特性,以及模型尾部旋涡的演化过程对模型表面气动力分布和能量输入特性的影响。分块分析的结果表明振动的模型通过迎风端风嘴从气流中吸收大量的能量, 且在一个完整的振动周期内气流输入到振动系统的能量不断增加,造成平板的颤振多为结构稳定性的突然丧失。     

大跨度桥梁耦合颤振的全阶分析方法

基于结构的有限元全物理模型，提出了用于分析大跨度桥梁耦合颤振问题的全阶分析方法。该方法是一种单参数搜索方法，克服了以往直接颤振分析方法的一些缺陷。由于大型稀疏矩阵均为带宽压缩方式存储，并且采用高效的同时迭代方法进行求解，所以本文方法具有较高的效率。它能准确地提供系统模态频率和阻尼比随折减风速或自然风速而变化的全过程情况。此外，对主跨跨度1385m的江阴长江大桥进行了耦合颤振分析，证实了该方法在实际桥梁颤振分析中的可靠性的有效性。     

桥梁断面颤振导数识别的耦合自由振动方法

通过对系统复模态的特征分析发现,只要给定一个折减风速,就可以唯一地确定出系统的振动模态参数;反之,如果已知某一折减风速(或折减频率)时系统的振动模态参数,将可以确定出对应于该折减风速的桥梁断面各颤振导数。基于该思想,建立了从系统振动模态参数确定桥梁断面颤振导数的方法,该方法理论严密,并根本上克服了现有耦合自由振动颤振导数识别方法存在的缺陷。通过数值算例对该桥梁断面颤振导数识别方法的可靠性和适用性进行了有效的验证,且该识别方法能够对桥面颤振发散后的颤振导数进行识别。     

平板耦合颤振过程中气动能量转换特性

基于分步分析思路对耦合颤振运动方程进行解耦,通过引入考虑阻尼影响的初始运动方程,建立了结构-气流系统颤振能量机理的分析框架。结合平板风洞试验研究了颤振发生过程中系统内主要气动能量的变化规律。研究结果表明在平板耦合颤振过程中联合气动导数数A1*H3*建立了能量在两个自由度上传递的途径,并且在颤振发生过程中由于扭转振动和竖向振动的相位差逐渐减小,使得该联合气动导数对系统的输能能力不断增强。扭转气动阻尼是系统的主要耗能项,并且耗能能力与导数A2*的数值密切相关而与相位差没有关系。扭转气动刚度在一个振动周期内对系统能量几乎没有贡献,对耦合颤振的影响很小。     

平板断面压力分布对颤振导数及振动形态的影响

该文通过适当简化推导了采用模型表面波动压力的形式来描述的颤振导数, 基于流固松耦合的计算策略, 利用现有流体软件的用户自定义(UDF)功能, 应用数值方法分析了模型表面波动压力分布特性对颤振导数的影响。从细观层面上阐述了颤振导数对模型振动的影响及其气动耦合现象。该文研究表明颤振导数的气动耦合现象及其对模型颤振产生的不同作用取决于模型表面波动压力的分布特征, 这就使得振动模型表面波动压力分布特性成为影响模型颤振的主要因素。在颤振临界状态下, 振动模型表面波动压力的主要成分向模型迎风侧漂移, 造成振动模型扭转运动的中心前移, 与模型的几何扭转中心不再重合, 发生了偏移。     

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。     

考虑多模态气动耦合效应桥梁颤振TMD控制参数分析

基于多模态耦合颤振理论,导出带有被动调质阻尼器(TMD)桥梁多模态耦合颤振系统运动方程。通过PK-F法求解系统颤振运动方程,并编制了多模态耦合颤振TMD控制和参数分析程序。以崖门斜拉桥为例,分析了TMD对桥梁颤振控制的有效性和气动导数、结构参数、TMD参数等对颤振控制效果的影响,并讨论了TMD对桥梁颤振控制的机理。     

扭弯频率比对π型断面节段模型后颤振特性的影响

以某π型断面桥梁为对象,通过弹性悬挂节段模型风洞试验,识别了机械阻尼随振幅的非线性演变特性.在此基础上,研究了扭弯频率比为0.872,0.971,0.988,1.035,1.085,1.245六种情况下的颤振临界风速及非线性后颤振振动特性.试验结果表明模型在来流风速超过临界风速后出现极限环振动,且极限环振动的幅值随风速...     

基于多模态耦合颤振理论桥梁颤振MTMD控制鲁棒性分析

基于多模态耦合颤振理论和结构的固有模态坐标,导出带有多重调谐质量阻尼器(MTMD)桥梁系统颤振运动微分方程。通过将系统广义位移和速度作为状态空间向量,进一步将系统颤振运动微分方程转化为状态空间方程,最后将带MTMD桥梁颤振问题归结为数学上一个非对称实矩阵的广义特性值问题,并编制了多模态耦合颤振MTMD控制和参数分析程序。以崖门斜拉桥为算例,分析了MTMD对桥梁颤振控制的有效性和鲁棒性,计算结果表明与传统TMD相比,MTMD具有更高的鲁棒性。     

三维平板颤振实用公式的精确拟合

本文根据桥梁日益长大化和桥面流线化的趋势，讨论了平板颤振实用公式的精确化问题。与原来基于刚性节段型的二维颤振计算相比，引入了广义质量和广义惯性矩来考虑主梁断面沿跨度的变化；同时，还用振型相似系数来考虑振型不相似的影响进行了三维颤振分析。根据该理论，编制了计算程序，得到与Ｋｌｏｐｐｅｌ／Ｔｈｉｅｌｅ诺模图相类似的结果；经过回归分析，提出了用于计算三维平板颤振临界风速较为精确的实用计算公式，并与常用的ＶａｎｄｅＰｕｔ实用公式进行了对比。     

不同风攻角下薄平板的颤振导数

薄平板在不同风攻角下的颤振导数鲜有研究。该文以宽厚比40的薄平板为研究对象,首先采用强迫振动风洞试验测试技术,在0°、3°、5°和7°攻角条件下对其颤振导数进行了测试。结果表明,0°攻角下薄平板模型和理想平板的4个关键颤振导数保持一致。颤振导数A₂^*在0°、3°和5°下为负值,且随着攻角增加绝对值减小,在7°攻角下当折算风速小于15时,A₂^*虽然仍为负值但接近于0,当折算风速大于15时转为正值并迅速增大;其他颤振导数在0°、3°和5°下的改变不如A₂^*显著,但在7°攻角下有显著变化。分别采用耦合颤振计算和自由振动风洞试验获得了薄平板模型在不同攻角下的颤振临界风速,两者误差小于4.5%,验证了颤振导数的准确性。研究成果也为大跨度桥梁考虑风攻角影响的颤振计算提供了参数。     

薄板弯曲和振动分析的区间B样条小波有限法

基于二维张量积区间B样条小波及小波有限元理论,研究了用于薄板静动力学分析的区间B样条小波有限元法。在小波有限元用于薄板分析的列式过程中,采用区间B样条小波尺度函数对横向位移场逼近,从矩形和斜形薄板静动力学势能泛函出发,由变分原理得到小波有限元求解方程。该方法具有B样条函数数值逼近精度高和多种用于结构分析的小波基函数的特点。数值算例表明:区间B样条小波有限元法能以很少的计算自由度获得与其它方法同样的计算精度。     

低速大质量球头弹冲击下薄板穿甲破坏机理数值分析

为探讨薄板穿甲破坏机理,采用动态非线性有限元,结合弹道冲击试验,分析了薄板在低速大质量球头弹体冲击下的穿甲破坏过程及其变形机理,薄板的变形吸能规律及破坏模式,并将有限元分析结果与实验结果进行了比较,有限元分析结果与实验结果吻合良好.结果表明:薄板穿甲破坏过程大致可分为三个阶段,即隆起变形阶段,碟形变形阶段和弹体贯穿阶段.其中薄板的隆起变形主要由剪力和弯矩引起的;隆起变形结束后,碟形变形区膜力逐渐增大,超过动态屈服极限,并随冲击速度的减小而增大,到弹道极限附近成为最主要的广义应力;低速冲击下碟型变形是靶板主要的变形吸能方式.大质量低速球头弹冲击下薄板的穿甲破坏模式可归纳为三种:隆起-碟形变形,隆起-碟形变形-贯穿破坏和隆起-贯穿破坏.     

平板颤振导数的参数弹性研究

提出了颤振导数的“参数弹性”概念;基于复模态理论,计算了平板颤振导数的平板宽度、质量、质量惯矩、竖弯频率、扭转频率和空气密度6种参数弹性;绘制了8个颤振导数的参数弹性曲线和诺模图,分析了各自特点,获得了无量纲参数对颤振导数参数弹性的影响规律。分析结果表明,新提出的参数弹性具有概念无量纲、简洁、直观、实用特点,为颤振导数参数分析提供了一种新的有效途径。     

薄板屈曲分析的局部Petrov-Galerkin方法

利用薄板控制微分方程的等效积分对称弱形式和对变量(挠度)采用移动最小二乘近似函数进行插值,研究了无网格局部Petrov-Galerkin方法在薄板屈曲问题中的应用。它不需要任何形式的网格划分,所有的积分都在规则形状的子域及其边界上进行,并用罚因子法施加本质边界条件。数值算例表明,无网格局部Petrov-Galerkin法不但能够求解弹性静力学问题,而且在求解弹性稳定性问题时仍具有收敛快,稳定性好,精度高的特点。     

一个基于膜板比拟理论的四边形双线性薄板单元

平面弹性与板弯曲的相似性理论为构造薄板单元提供了一条有效的新途径.根据这一理论,现有的平面弹性单元原则上可以转化为板弯曲单元.从平面弹性四节点双线性等参元Q4出发,根据相似性理论构造出一个新的四边形八自由度双线性薄板单元.该单元构造简单,节点自由度少,可以视为最简单的四边形薄板单元.数值结果表明,该单元能通过分片试验,满足坐标不变性,具有良好的收敛性和精度.是一个良好的低阶薄板单元.     

Winkler地基上四边自由矩形薄板的主共振与奇异性

通过Galerkin方法，将Winkler地基上四边自由受横向简谐激励矩形薄板的控制微分方程转化为非线性振动方程。应用非线性振动的多尺度法，求得了系统满足主共振情况时的一次近似解以及对应的定常运动，并对其进行数值计算，分析了激振力、调谐值、阻尼系数、非线性参数对系统的影响。对主共振定常运动分岔响应方程进行了奇异性分析，得到了开折参数平面的转迁集和分岔图。揭示了一些新的动力学现象。     

用三角形薄板广义协调元分析开孔矩形薄板的振动

本文利用三角形薄板广义协调元分析了开孔矩形薄板的振动，其优点是自由度少、精度高、程序简便。文中算例计算出了具有内方孔的四边简支、四边固定方板的前几阶频率系数，其结果与文献［５］的结果符合良好。     

搜索平板颤振临界风速的追赶法

基于平板颤振理论,建立了用于确定含有8个颤振导数的平板颤振临界风速的双参数优化模型;提出了搜索该优化模型最优解的追赶法,该方法融合随机遍历性和反馈功能来快速获得最优目标.经算例验证,基于优化模型的追赶法计算简便,精度令人满意,为平板颤振参数的计算提供了新的有效途径.借助追赶法的强健性,能够方便地绘出平板颤振临界折算风速和当量频率的诺模图.     

桥梁颤振概率性评价的随机有限元法

在桥梁的各种风振形式当中,颤振对桥梁的安全威胁最大,而在各种随机因素作用下的桥梁颤振概率性评价也受到了人们的重视。为了计算大跨度桥梁的颤振失效概率,推出了一种结合有限元分析和可靠度计算理论的随机有限元方法,考虑了质量、刚度、阻尼和颤振导数等随机因素对颤振临界风速的影响,并对我国第一座真正意义上的大跨度海上桥梁——东海大桥颗珠山斜拉桥进行了颤振可靠性分析。