指数脉冲强迫激励CFD模型运动的气动参数识别法

计算流体动力学（CFD）模拟是获得桥梁断面颤振导数的主要方法之一。提出了一种基于CFD计算气动力，建立气动模型并经模型仿真快速识别颤振导数的新方法。该方法采用具有连续频谱分布且位移光滑的指数脉冲序列为CFD模型运动的输入，通过数值模拟得到作用在模型上的气动力。利用已知的输入和气动力建立起反映系统气动力特征的离散时间气动模型。然后利用该模型仿真系统在简谐位移输入的气动力响应，再基于该输入和模型仿真输出识别颤振导数。该方法在竖弯和扭转方向各自仅需一次CFD模拟，无需重复进行CFD计算，能显著减小CFD计算颤振导数的工作量。进行了薄平板颤振导数的识别，研究结果与Theodorsen平板理论解、薄平板风洞试验值的一致性，证明了研究方法的可靠性和有效性。     

基于3211多阶跃激励CFD模型的颤振导数识别研究

提出一种通过计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)建立离散时间气动模型并识别颤振导数的方法,该方法通过强迫模型按一种3211多阶跃方式运动,由CFD数值模拟得到作用在模型上的气动力.由于3211多阶跃包含了丰富的频率成份,能激励起气动力系统在这一连续频域范围内的广泛响应,因而可基于3211输入-气动力输出得到定义在某一频率范围的离散时间气动模型.该气动模型能对对应不同折算风速的简谐位移输入快速仿真得到气动力输出,通过这些输入-输出就可快速识别任意折算下的颤振导数,无需对不同折算风速重复进行CFD计算.应用本文方法识别了薄平板的颤振导数,并与薄平板风洞试验结果进行了比较,颤振导数的一致性证明了本文方法的有效性.     

基于自由振动响应识别桥梁断面颤振导数的人工蜂群算法

基于桥梁节段模型风洞试验自由振动衰减时程信号,提出了桥梁断面颤振导数识别的人工蜂群算法。基于最小二乘原理,将竖弯和扭转信号的整体残差平方和作为目标函数,使用人工蜂群算法对相关参数进行寻优搜索,识别出桥梁断面的颤振导数。与其他迭代算法相比,人工蜂群算法是受生物启发产生的寻优算法,对初值没有要求,从而避免了迭代初值对识别精度的影响。为考察人工蜂群算法在桥梁断面颤振导数识别中的有效性,进行了理想平板模型仿真以及某大桥节段模型风洞试验,结果表明,桥梁断面颤振导数识别的人工蜂群算法具有较好的稳定性和可靠性。     

基于CFD和风洞试验的钢桁梁悬索桥颤振稳定性分析#br#

为探究复杂山区超大跨钢桁梁悬索桥颤振稳定性，分别通过CFD数值模拟计算和风洞试验测试其颤振临界风速。首先基于山区某悬索桥场地特征计算其风参数，并结合ANSYS计算其关键振型及频率。其次基于CFD数值模拟，采用气动导数和流固耦合两种计算模式探究悬索桥主梁原始断面和气动优化后的颤振临界风速。最后对悬索桥主梁断面进行风洞试验，并将计算结果与CFD计算结果做对比分析。研究表明：桥位基本风速U10＝28.0 m/s，设计基准风速Ud＝37.20 m/s；CFD计算时，风攻角为0°、+3°与+5°时，原始断面颤振临界风速小于颤振检验风速，气动优化(设置上中央稳定板)后的断面颤振临界风速明显高于颤振检验风速；风洞试验结果表明主梁原断面在+3°风攻角颤振临界风速小于颤振检验风速；气动优化后，各风攻角下主桥结构颤振临界风速均大于该桥颤振检验风速，颤振稳定性满足规范要求。     

识别桥梁断面颤振导数的快速相关特征系统实现算法

风洞试验是获取桥梁断面颤振导数最直接和有效的方法.由于高风速下各种噪声对振动信号的污染,造成高风速下颤振导数识别的难度加大,因此合理的算法选择显得特别重要.介绍了一种基于响应数据相关的特征系统实现算法(快速相关ERA),并提出了将该算法在桥梁断面颤振导数识别上的实现.然后以具有理论解的Theodorsen理想平板为例,通过数值仿真和系统识别得到了一定折算风速范围不同噪声水平下的颤振导数.识别的理想平板颤振导数与Teodorsen理论解的合理一致性,验证了算法的可靠性和鲁棒性.     

基于CFD和风洞试验的钢桁梁悬索桥颤振稳定性分析#br#

为探究复杂山区超大跨钢桁梁悬索桥颤振稳定性，分别通过CFD数值模拟计算和风洞试验测试其颤振临界风速。首先基于山区某悬索桥场地特征计算其风参数，并结合ANSYS计算其关键振型及频率。其次基于CFD数值模拟，采用气动导数和流固耦合两种计算模式探究悬索桥主梁原始断面和气动优化后的颤振临界风速。最后对悬索桥主梁断面进行风洞试验，并将计算结果与CFD计算结果做对比分析。研究表明：桥位基本风速U10＝28.0 m/s，设计基准风速Ud＝37.20 m/s；CFD计算时，风攻角为0°、+3°与+5°时，原始断面颤振临界风速小于颤振检验风速，气动优化(设置上中央稳定板)后的断面颤振临界风速明显高于颤振检验风速；风洞试验结果表明主梁原断面在+3°风攻角颤振临界风速小于颤振检验风速；气动优化后，各风攻角下主桥结构颤振临界风速均大于该桥颤振检验风速，颤振稳定性满足规范要求。     

桥梁颤振导数的耦合强迫振动仿真识别

提出了一种新的桥梁颤振导数识别方法——耦合强迫振动识别法，并采用CFD仿真桥梁节段模型的耦合强迫振动，通过数值计算节段模型上的颤振自激力，识别出节段模型的颤振导数。以丹麦的大带东桥为例，用仿真耦合强迫振动法识别了该桥梁节段模型的8个颤振导数，并计算了颤振临界风速，其计算结果与风洞试验结果一致，证明了所提出的耦合强迫振动识别法及数值仿真识别方法是可行的。     

基于自由振动响应识别颤振导数的特征系统实现算法

桥梁断面的颤振导数在研究桥梁风致颤振稳定性上扮演着重要的角色，通常通过节段模型风洞试验获得。提出采用时域特征系统实现算法来识别节段模型振动系统的模态参数，进而提取桥梁断面颤振导数的方法。为验证该方法的可行性，进行了二自由度流线型薄平板节段模型自由振动风洞试验，并将识别的气动导数值与Theodorsen理论解进行了比较。     

流线型箱梁断面的非线性颤振幅值特性研究

流线型箱梁断面的自激气动力与振幅非线性相关。为更加准确地预测颤振临界风速,同时探索大振幅振动下的颤振后状态,建立数值风洞模型识别出随折算风速与振幅变化的气动自激力,并计算出相应的非线性颤振导数。在经典的颤振理论基础上,提出更加精细的考虑颤振幅值因素的二自由度复模态特征值求解方法。基于此方法,编制了非线性颤振幅值幅响应搜索程序,并对颤振后幅值特性进行研究。研究表明:单频单自由度振动下,随着幅值增大,桥梁断面气动力非线性成分比重扩大,单频单一扭转运动下尤其明显;所建立的颤振求解方法能准确预测颤振临界风速;流线型箱梁发生颤振后,振幅会出现阶跃性增长,达到某一大幅值后,又基本处于振幅缓增的振动状态。     

两自由度平板大幅运动的气动特性与稳定性的CFD研究

为研究两自由度薄平板大幅运动的气动特性,评价其气动稳定性,基于任意拉格朗日?欧拉描述法的动网格技术,通过有限差分法求解描述任意流变区域不可压流动的控制方程,开展了不同折减风速下薄平板竖弯和扭转运动绕流场的CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟.研究认为,单自由度薄平板小幅运动的气动力系统...     

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。     

Framework for sensitivity and uncertainty quantification in the flutter assessment of bridges

The phenomenon of aerodynamic instability caused by wind is usually a major design criterion for long-span cable-supported bridges. If the wind speed exceeds the critical flutter speed of the bridge, this constitutes an Ultimate Limit State. The prediction of the flutter boundary therefore requires accurate and robust models. The state-of-the-art theory concerning determination of the flutter stability limit is presented. Usually bridge decks are bluff and therefore the aeroelastic forces under wind action have to be experimentally evaluated in wind tunnels or numerically computed through Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations. The self-excited forces are modelled using aerodynamic derivatives obtained through CFD forced vibration simulations on a section model. The two-degree-of-freedom flutter limit is computed by solving the Eigenvalue problem.A probabilistic flutter analysis utilizing a meta-modelling technique is used to evaluate the effect of parameter uncertainty. A bridge section is numerically modelled in the CFD simulations. Here flutter derivatives are considered as random variables. A methodology for carrying out sensitivity analysis of the flutter phenomenon is developed. The sensitivity with respect to the uncertainty of flutter derivatives and structural parameters is considered by taking into account the probability distribution of the flutter limit. A significant influence on the flutter limit is found by including uncertainties of the flutter derivatives due to different interpretations of scatter in the CFD simulations. The results indicate that the proposed probabilistic flutter analysis provides extended information concerning the accuracy in the prediction of flutter limits.The final aim is to set up a method to estimate the flutter limit with probabilistic input parameters. Such a tool could be useful for bridge engineers at early design stages. This study shows the difficulties in this regard which have to be overcome but also highlights some interesting and promising results.     

双层桥面桁架梁三塔悬索桥颤振性能优化风洞试验

双层桥面桁架梁气动性能复杂,已有研究较为少见。以某双层桥面桁架三塔悬索桥设计方案为背景,通过节段模型风洞试验,研究了栏杆透风率与高度、双层桥面板中央开槽、中央稳定板等多种气动措施对颤振临界风速的影响。结果表明:该桥原始断面在-3°、0°、+3°三种风攻角下,颤振临界风速均小于颤振检验风速,存在发生颤振失稳的可能性;中央稳定板的高度对颤振临界风速影响较大,上层桥面设置上中央稳定板能提高桥梁的颤振临界风速;上、下双层桥面板均中央开槽能够显著提高0°风攻角下的颤振临界风速,但使正攻角下的颤振临界风速有所降低;采用上、下双层桥面板中央开槽、合理地设置中央稳定板和改变栏杆透风率等气动综合措施,能使该桥在各攻角情况下的颤振临界风速满足要求。     

苏通大桥三维颤振分析

基于结构有限元模型,给出了大跨度缆索承重桥梁三维颤振分析方法。该方法能够考虑静风作用、主梁附加攻角、拉索自激力和振型参与影响,同时迭代搜索侧弯、竖弯和扭转三种振动频率。采用该方法对苏通大桥进行了三维颤振分析,该方法的可靠性和实用性得到证实。结果表明:对于苏通大桥而言,不考虑静风作用和主梁附加攻角影响会高估颤振临界风速;不考虑拉索自激力作用和拉索振型参与,相当于忽略了系统气动正阻尼,会低估颤振临界风速;颤振临界风速颤振分析计算结果与风洞试验结果之间存在差异。     

桥梁节段模型颤振导数的确定

本文提出了一种以节段模型受到初始脉冲激励后的自由振动的阻尼和频率作为基本参数，在时域内识别二元非流线型体颤振导数的方法。在这一方法中，非耦合导数的确定与常规的方法没有根本的不同，而耦合导数是在指定的折算风速下根据各主振方向上的模型参数以及相应的非耦合导数通过求解非线性代数方程组得到。与目前常用的Ｓｃａｎｌａｎ方法相比，略去了实验必需的纯单一模态振动的要求，从根本上减少了对风洞实验技术的要求和工作量，而且识别精度有明显的提高。     

超临界Re数下拉索顺风向自激力特性研究

为获得极端风速下拉索顺风向振动自激力特性,推导了拉索与顺风向阻尼相关的颤振导数准定常解析值。为保证数值模拟的质量,基于固定拉索CFD计算的网格尺度无关性检查,确定了振动拉索数值模拟的合理参数和气动力系数。开展了Re=5.18×10₅折算风速从53~1050范围内拉索顺风向强迫振动数值模拟和拉索颤振导数P_*1识别,研究结果与准定常解析值的良好一致性,说明了本文方法的合理性,表明能采用准定常解析值来确定拉索超高折算风速下的颤振导数P*₁。研究同时表明,在超高折算风速和拉索横风向振动情况下,拉索涡脱力显著主导气动力,拉索振动不改变拉索的漩涡脱落频率,因此拉索自激气动力可忽略,风荷载只需考虑涡脱力。     

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。     

增设主梁下风侧翼板抑制悬索桥架设阶段颤振的研究

本文首先建立了下风侧附加翼板桥梁主梁截面的自激气动力模型。以某悬索桥设计方案为工程背景,应用多模态颤振分析方法,分析了该桥架设阶段颤振临界风速的发展趋势。以其中最危险的架设阶段为例,研究了主梁下风侧设置翼板这种控制措施对系统颤振的控制效果。分析表明,主梁下风侧附加翼板对于悬索桥架设阶段的颤振是一种有效的气动控制措施。