大型煤气柜风振响应与抗风性能分析

基于刚性模型表面测压风洞试验,得到大型煤气柜表面的风荷载时程,经数据处理得到结构的平均风荷载与频域动力风荷载数值模型.采用有限元方法计算了煤气柜结构的动力特性,研究了煤气柜柜体内外气体的压力差对结构动力特性的影响.采用随机振动理论,计算得到大型煤气柜结构的风致位移响应,分析了柜体内外气体压力差对结构风致响应的影响以及煤气柜结构在风荷载作用下的变形,为结构设计师进行结构抗风设计提供了参考.     

支持式管母线风致振动数值仿真分析

支持式管母线在野外长期服役期间经常遇到风致振动的问题。本文采用数值模拟方法,对支持式管母线抗强风振动特性及阻尼对振动的影响进行了分析。计算了管母线简化模型的固有频率和振型以及受到风荷载作用时的变形特征,采用静态算法和动态算法对比分析了阻尼线对管母线抗风振动所起到的作用。进而对支持式管母线全尺寸结构在风荷载作用下的动态特性进行了计算,分析了阻尼线及管母线结构阻尼对抗风振动的影响。结果表明,理想条件下,阻尼线能有效减小受风载后管母线简化模型的振动变形,但在真实全尺寸管母线结构中,由结构连接等形成的结构阻尼比阻尼线对管母线抗风振动的效果更为显著,有无阻尼线对真实结构振动特性不产生明显区别。     

某周期结构减振特性分析与研究

引入周期化思想,建立一种周期叠加的拱形结构模型。利用ANSYS软件对结构模型的振动特性进行有限元仿真,获得2000Hz频率范围内的振动响应曲线。基于激振试验平台,对该结构试件行振动试验,测试该结构的振动特性,并分析阻尼因素对结构振动特性的影响。研究表明,周期结构具有减振特性,能够有效抑制低频弹性波传播,阻尼因素会削弱结构的减振效果,该结构有效的振动控制为其在减振降噪领域的实际应用提供依据。     

复合屋面板钢构体系风振特性试验

针对轻型屋面结构的抗风敏感性问题,采用风洞测振试验研究复合屋面板钢构体系的风振特性。在低湍流度均匀流场中,对某复合屋面板钢构体系在两种典型风攻角、4种典型风偏角和9个不同风速下的屋面板中间两个测点的风致位移响应进行测试,对动态位移时程、位移统计结果、位移响应谱和位移风振系数进行了分析。研究结果表明,在低湍流度均匀流场中,屋面板钢构体系的平均位移和均方根位移随风速增加而增大,风攻角和风偏角对屋面风振响应影响很大,最不利风向角下的位移风振系数为1.1～1.4。特征紊流是导致不同风攻角及风偏角屋面板位移均方根响应差异的主要因素,在设计中应重点关注屋面周边局部区域。     

风致输电塔线体系振动研究进展

从对风场的模拟、塔线体系的模型、风致塔线体系动力特性及响应、塔线体系的风致振动控制等方面进行广泛的综合论述,为输电塔线体系的风致振动控制的研究提供参考。     

单回路500kV输电塔风致响应参数分析

首先,对典型单回路500kV高压输电塔进行了有限元模态分析;然后,利用基于非定常风荷载的风致动力响应频域分析方法,对单回路高压输电塔风致响应进行了参数分析;最后,详细探讨了参振模态数目、模态交叉项、结构阻尼比等参数对响应的影响。结果表明:输电塔上部节点考虑前三阶整体振型(两水平向侧弯和扭转)就能保证足够高的位移计算精度;参振模态数目对加速度响应值有较大的影响,随模态阶数的增加,加速度响应单调增大;基底弯矩主要由各方向一阶侧弯振型贡献。输电塔对阻尼比的变化敏感,随着阻尼比的增大共振响应明显减小,阻尼比对响应低频部分的影响基本可以忽略。此外,在单回路酒杯型输电塔频域响应分析中,可不考虑模态交叉项的影响。     

基于混合子结构法的输电导线风雨激振气动特性

为了探究输电导线风雨激振的诱发机理,基于混合子结构方法对输电导线风雨激振非定常气动力进行了针对性的研究。首先,分别构建结构子结构(输电导线和上雨线)和流体动力计算(computational fluid dynamics,简称CFD)数值流场子结构;其次,利用自制的风洞模拟实验台及相关测试系统,获取结构子结构的振动响应(频率,振幅);最后,将测得振动响应作为CFD数值模拟的边界条件,计算绕流场特性并获取气动力特性参数,将计算得到的气动力施加到输电导线上,得到输电导线的振动响应并与实验结果比较。分析结果表明,混合子结构方法能够准确获得输电导线发生风雨激振时的气动特性,该方法为不便于实验获取气动力特性振动问题研究提供了一种有效途径。     

径向肋可展开天线动力学特性试验研究

研究包带预紧力和限位间隙对天线收拢发射状态动力学特性的影响。设计并加工径向肋可展开天线的简化模型并进行振动试验,试验控制的变量为包带预紧力和限位间隙的大小,考察结构的基频和响应与自变量的关系。试验证明,包带预紧力在正常范围内对天线的基频没有影响,增加预紧力可以小幅度降低结构响应。肋条与限位盘的间隙大小与肋条的一阶固有频率和响应大小无关,且随着振动量级增加,肋条的共振峰后移。     

风力机叶片动力学响应的数值模拟研究

针对旋转风轮的工作特性,考虑风力机叶片空气动力学载荷、惯性载荷及重力载荷的耦合效应,建立了风力机叶片交变载荷的计算模型。基于叶片的载荷模型,以结构动力学理论为基础,在研究叶片位移向量与振动变形之间关系的基础上,提出风力机叶片动力学响应的数值模拟方法。选取某5MW风力机为研究对象,分析了该风轮的空气动力学性能,数值模拟了额定风轮转速和额定风速下风力机叶片的轴向和切向载荷分布,以及该载荷特性下叶片在挥舞方向和摆振方向的振动速度和振动加速度变化规律。     

内外压分别作用下冷却塔风振系数对比研究

现有冷却塔规范和文献中关于风振系数的研究和取值建议均针对外表面风荷载作用,并认为内压作用下风振系数与外压作用下的数值一致,这无法真实反映冷却塔内压引起的风振效应。为对比研究内、外压分别作用下超大型冷却塔结构的风振特性及风振系数,以国内某在建超规范限值高210m间接空冷塔为研究对象,首先,进行刚体同步测压风洞试验获取内、外表面平均和脉动风荷载;其次,建立塔筒-支柱-环基一体化有限元模型,采用完全瞬态法对超大型冷却塔在内、外压分别作用下的塔筒风振响应和风振系数进行了精细化计算分析,探讨了以塔筒径向位移、子午向轴力、Von Mises应力和环向弯矩4种典型目标响应下的风振系数取值标准,提炼出超大型冷却塔内、外压作用下的一维、二维和三维风振系数分布规律;最后,分别给出了此类超大型冷却塔内、外压作用下风振系数的取值建议和二维拟合公式。主要结论可为此类超大型冷却塔风振系数的精细化取值提供科学依据。     

典型窄基输电塔风致响应气弹模型风洞试验

首先,采用离散刚度法,设计制作了典型窄基输电塔气动弹性模型;然后,通过大气边界层风洞试验,对窄基输电塔不同高度及风向下的位移、加速度响应特性进行了测试分析;最后,基于风洞试验结果计算了窄基输电塔风振系数并与规范结果进行了比较。结果表明,窄基输电塔位移均值响应主要为顺风向;顺、横风向脉动位移、加速度响应值都较大,随风向变化不明显,呈上下波动趋势;高度变化对脉动位移和加速度的响应影响略有不同。此外,根据中国荷载规范给出的输电塔横担处的风振系数值大于本次试验结果。     

基于电流变液的大射电望远镜馈源支撑系统风振阻尼控制

针对新一代大射电望远镜机电光一体化创新设计悬索馈源支撑系统的随机风振响应问题,设计了一种电流变可调阻尼器来实现大射电望远镜悬索馈源支撑系统风振的附加阻尼控制,彻底解决了对于柔性悬索结构振动的附加阻尼控制难题。推导了电流变可调阻尼器的力学模型,并提出了相应控制策略。通过计算机仿真,验证了所设计的可调阻尼器的有效性,可使馈源支撑系统的风振降低５０％左右,可有效地提高馈源轨迹跟踪的精度。     

大射电望远镜新构型的结构优化设计、虚牵索的抑制分析及风致振动实验研究

大射电望远镜馈源柔索支撑系统是一类大跨度柔索并联机器人(WDPR)。为了抑制悬索虚牵和馈源舱的风致振动,提出了在此机器人的动平台上增加盛液容器的结构新方案。首先,运用Guldin定理确定轮胎状附加容器中液体体积在并联机器人的不同俯仰角度处的静态分布规律,进而建立此机构的力学模型;其次,建立WDPR非线性两层优化模型,并应用遗传算法获得LT500 m附加容器结构的优化参数;最后,从数值分析和实验两种途径分别检验新方案克服悬索虚牵和抑制风振的效果。分析与实验结果表明与原构型相比,该结构方案能够抑制悬索的虚牵和风致振动。     

高耸塔器风致疲劳寿命时域分析

针对沿海多风地区高耸塔器可能因长期风致振动导致的疲劳问题,以随机风致应力响应的时程模拟、风速风向联合分布模型、雨流法以及Miner疲劳累积损伤理论为基础,提出了基于时域法的高耸塔器风致疲劳寿命数值计算方法,并针对某一典型高耸塔器进行了相关分析。结果表明：长时间的空塔工况可能导致该塔器严重的疲劳损伤甚至失效,而操作工况下的风致疲劳寿命一般可以满足设计年限要求;横风向共振是引起该塔器空塔工况风致疲劳的决定性因素,而强风造成的顺风向振动是导致其操作工况下疲劳损伤的主要原因;该塔器空塔和操作工况下的疲劳分布曲线分别呈多峰型和单峰型,可见顺风向的疲劳损伤比横风向更为集中。     

预张力膜片风振反应的试验研究

针对张拉膜片在确定的预应力水平下的风振反应来考察它的模态和风振特性．采用膜面预应力检测仪测量了试验中膜片的预应力水平。膜结构的振动形式经常是以高阶振型为主．基频随预应力水平的增大而增大。预应力水平越高，各阶模态对应的阻尼比相差越小；反之，气动阻尼越集中在低阶模态。与风速和预应力水平相比．膜面倾角对膜面位移风振系数的影响更为显著．并对不同倾角的膜面位移风振系数提出了建议值。部分工况下膜片出现颤振。膜面倾角和较低的预应力水平是诱发颤振的主要因素。     

叶片振动响应的长度分形故障特征提取与诊断

为有效地从风力发电机组的振动响应中获得反映叶片响应的动态特征,将其作为叶片运行状态分析的特征量,依此达到对风力机叶片故障的检测与诊断识别.应用有限元分析方法,建立了300 W风力发电机组的动力学模型,通过计算与试验模态分析,分别获得整机组的固有频率和振型,并比较验证了试验模型的合理性.用锤击法测得叶片正常状态和偏心故障下的振动加速度响应信号,应用非线性动力系统的长度分形维数理论,计算其长度分形维数,并将其作为叶片偏心故障诊断识别的特征量.研究结果表明,该方法能有效识别风力机叶片正常状态和偏心故障状态,及其偏心位置和偏心量大小.     

斜置方柱气动力特性试验研究

土木工程结构中有很多方形断面的细长结构,常常受到斜向风作用,其风荷载可以简化为斜置方柱的气动力,与垂直风向作用不同,目前尚没有明确的气动力估算方法。针对此问题,采用刚性节段模型测压风洞试验,分析了风偏角对方柱的静态气动力特性的影响规律。结果表明:采用传统风速分解法仅可以有效地估计在分离点之前的风压,并不适用于斜置方柱完整气动力的估算;由于背风面风压的减弱,斜置方柱的平均和脉动气动力系数小于垂直方柱的对应值;斜置方柱的旋涡脱落频率小,强度弱,频带宽。因此,采用垂直方柱的平均气动力作为方柱抗风设计的平均风荷载是偏于安全的,但是由于旋涡脱落频率及带宽的变化,斜置方柱的风致振动与垂直方柱会有明显的差别。     

超大型冷却塔等效静风荷载精细化计算及应用

在模态加速度法和荷载-响应相关法的基础上,推导出超大型冷却塔等效静力风荷载（简称ESWLs）的精细化计算方法,提出用于补偿背景和共振交叉项的一致耦合方法（consistent coupled method,简称CCM）来求解结构ESWLs。该方法采用统一理论进行背景、共振和交叉项3个分量的求解,能完全考虑各共振模态之间、共振和背景模态之间的耦合效应,并赋予背景与共振交叉项ESWLs分量以明确的物理意义。以内陆某核电超大型冷却塔（塔高215m）为例,采用CCM方法进行ESWLs计算,探讨了ESWLs平均、背景、共振和交叉项分量的分布特征,并结合规范条款对比分析了超大型冷却塔风振系数的数值和分布特征,为超大型冷却塔结构设计和抗风安全性提供参考。