小直径附加圆柱对圆柱涡激振动抑制的参数优化

采用基于迭代嵌入式浸入边界法对后方对称布置两个小直径圆柱的单圆柱涡激振动进行了数值模拟研究,对涡激振动抑制进行了参数优化。雷诺数和圆柱直径比分别为Re=100和d/D=0.125,其中D和d分别为大、小圆柱直径。通过改变控制角度(θ)、主圆柱与小圆柱的间隙比(G/D)、小圆柱旋转角速度和旋转方向(α)和阻尼比(ζ)确定的最优控制参数组合为θ=25°、G/D=0.125、α=-2.2和ζ=1.02。小圆柱的旋转角速度和旋转方向对圆柱振幅有一定的影响,其中内向反转会进一步抑制圆柱的振动,外向反转则恰好相反。随着阻尼比的增加,圆柱振幅先增后减,但影响程度较小。     

尾流干涉及边界效应对两圆柱体涡激振动的影响

基于CFD数值模拟研究了不同排列方式的两圆柱体涡激振动问题,采用ANSYS/CFX计算了刚性圆柱体和弹性圆柱体的涡激升力和脉动拖曳力,计算了上下游圆柱体和横流向相邻圆柱体的涡激升力和脉动拖曳力。基于数值分析结果分析了流固耦合效应对圆柱体涡激振动的影响,分析了尾流干涉现象对尾流圆柱体和边界效应对横向相邻圆柱体涡激振动的影响。研究表明,尾流干涉及流固耦合作用将大大增加尾流圆柱体的涡激升力和脉动拖曳力;而边界效应和流固耦合对垂直来流的两圆柱体涡激升力和脉动拖曳力有增强的作用,并造成两圆柱体的涡激升力之间产生了相位差,最大相位差为180°。     

基于离散点涡的双自由度涡激振动尾流振子模型研究

建立了一种新的预报双自由度圆柱涡激振动响应的尾流振子模型,提出了以近壁点涡强度为变量描述尾流振子方程.通过势流理论推导出了结构所受流体流向和横向水动力与点涡强度的量化关系,从而得到了结构振子和流体振子的耦合方程组.使用该模型对圆柱的双自由度涡激振动问题进行了数值计算,得到了结构流向和横向的响应振幅及频率的变化规律.通过与实验结果进行对比,表明模型预测的涡激共振区、锁定频率和“8”字形运动轨迹等结果与实验观测结果基本一致.     

两类串列圆柱涡激振动的质量比效应

为进一步澄清两类串列双圆柱(上、下游圆柱均可做顺流向和横流向的两自由度振动,上游圆柱静止、仅下游圆柱可作两自由度振动)尾流致涡激振动的质量比效应,在雷诺数Re=100、中等间距(间距比P/D=4,P为两个圆柱的柱心间距,D为圆柱直径)、3种质量比(m*=2,10,20)条件下,开展了串列双圆柱涡激振动的数值模拟研究,重...     

基于经验线性涡激力的桥梁涡激振动TMD控制

涡激振动是大跨度桥梁在低风速下容易发生的一种风致振动,是大跨度桥梁抗风设计中的重要环节。为了有效抑制桥梁的涡激振动,研究了TMD对桥梁涡激振动的控制。建立了桥梁与TMD组成的振动系统的运动方程,在复频率里对运动方程进行求解,推导了振动系统的频率响应函数,给出了TMD参数优化设计的方法。以一大跨度悬索桥为实例,对该悬索桥进行了1∶20的大节段模型涡激振动风洞试验,获取了桥梁的涡激振动气动参数,分析了TMD对桥梁涡激振动的控制。TMD参数优化结果表明：质量比越大,控制率越高,但工程中应综合经济性等因素考虑合适的质量比;TMD质量比一定时,TMD与桥梁的频率比趋近于1附近,相位差趋近于π/2附近,控制率较高;当桥梁主梁高度对TMD行程有限制时,涡振控制效果将受到影响,利用TMD进行桥梁涡激振动控制需结合TMD的行程来综合考虑参数的优化取值;就本桥而言,当按质量比为1%设计TMD最优参数时,在整个涡振区风速范围内,桥梁的涡激振动都得到了有效的抑制。     

海洋平台涡激振动响应研究

本文根据海洋钻井平台的工作环境,研究了其对涡激振动的响应。计算结果表明其重要性,对海洋钻井平台设计具有一定的指导意义。     

大跨度双幅连续钢箱梁桥涡激振动特性风洞试验研究

基于崇启大跨度连续梁桥,设计制作大尺度全桥气弹性模型,通过风洞试验对其在均匀流下响应进行研究,确定大跨度双幅钢箱梁连续梁桥涡激振动特性,分析双幅主梁产生两主涡振区机理,模拟外加结构阻尼对涡激振动减振效果。结果可为大跨度双幅钢箱梁连续梁桥抗风设计提供参考。     

深海顶张力立管参激-涡激耦合振动响应分析

该文研究顶张力立管参激-涡激耦合振动计算方法和动力特性。考虑立管顶端动边界条件,建立顶张力立管模型,研究其在剪切流中的涡激振动响应和参激-涡激耦合振动响应。提出立管的动力响应分析方法,分析参数激励对立管横向涡激振动的影响。结果表明,立管的横向振动响应频率存在0.5倍参激亚谐成分,参数激励对于立管横向振动具有重要影响。     

涡激振动问题的有限元计算研究

研究涡激振动的有限元计算。应用条带假设和在锁定响应时涡激作用力的Scanlan第二经验模型可以实现涡激作用力在时间和空间上的离散化;由于涡脱落激励中复杂的结构与尾流相互作用,使振动方程具有非线性的时间与频率混合项,为此本文推导了时频域混合变换的AFT方法计算涡激振动的时程响应。与传统的连续模型和随机振动理论计算涡激响应方法相比,具有更高的适应性。     

波浪型斜拉索涡激振动实验研究

针对目前改变斜拉索表面形状来抑制斜拉索由风载荷引起的振动所遇到的问题,采用热线风速仪、激光位移器测量和烟线等实验方法,实验研究在Re=6 800~20 480区域内波浪型斜拉索涡致耦合振动及频率"锁定"现象,并引入直斜拉索作为对比。实验表明:在相同的质量比和阻尼比下,波浪型斜拉索λ/D=2和λ/D=6同直斜拉索同样容易被诱导振动,波浪型λ/D=2比波浪型λ/D=6的减震效果要好,和直斜拉索相比,波浪型λ/D=2的诱导振动时最大振幅减小10%,锁定区间变短,主要是由于随着表面凹凸变化倾斜度较大,波浪型斜拉索表面的展向二次涡强度得以增强,一旦诱导振动,将干扰斜拉索的涡旋激励,从而达到减震的目的。     

深水隔水管-测试管柱系统涡激振动实验研究

在深水测试作业中,隔水管和测试管柱形成双层管柱结构,其在海流作用下发生耦合振动,存在安全隐患.为了研究海流流速对隔水管-测试管柱系统振动的影响,搭建了隔水管-测试管柱系统涡激振动的相似实验装置,开展在不同流速下隔水管-测试管柱系统涡激振动实验.实验中用应变片采集数据,用模态分析法处理实验数据,分析隔水管和测试管柱在横向...     

钢桥塔涡振气动控制措施研究

杭州之江大桥桥塔为曲线型钢桥塔,刚度与阻尼较小,桥塔自立状态出现涡振的可能性较大.为确定桥塔的涡振风速锁定区间及涡振振幅,进行了全塔气弹模型试验.试验结果显示,在横桥向来流的作用下,桥塔顺桥向涡振振幅过大,需要采取气动控制措施加以控制.试验中所采用的气动措施包括:在桥塔凹角处增加扰流栏杆、多孔角型扰流器和多孔扰流板等控制措施.进一步的试验结果显示,多孔扰流板的涡振控制效果显著,能有效降低涡振振幅,满足规范的限值要求.多孔扰流板的减振机理是其允许适量的气流穿过其孔洞,从而扰乱或削弱桥塔两侧角部有规律的旋涡脱落.     

两自由度椭圆柱体涡激振动的数值模拟

摘要：利用作者编制的基于松耦合方法求解气动弹性问题的程序,对高雷诺数条件下椭圆柱体的涡激振动进行了数值模拟。椭圆柱体的长短轴比接近2,来流和长轴垂直。数值结果表明：尽管椭圆柱体在横向和流向的动力参数不同,结构振动仍以横向振动为主;和圆柱以及方柱一样,两自由度椭圆柱体的涡激振动同样存在流向锁定和横向锁定,并且随着折减风速的增大,旋涡脱落模式从异相2S变化为同相2S。     

基于桥梁断面压力分布统计特性的抑流板抑制涡振机理研究

通过测量大比例流线形扁平钢箱梁模型（１：２０）涡激共振时表面压力,研究典型钢箱梁常用设计断面涡激振动、静止、以及安装抑流板后涡激共振性能。综合对比分析三种工况模型表面压力系数均值、根方差、局部气动力与涡激气动力相关系数等时域统计特性;表面压力脉动的功率谱、局部测点气动力与总体断面气动力间的在模型竖弯频率处的相位谱和相干函数等频域统计特性。研究发现：竖弯涡激共振产生原因是流线模型上表面下游的气流再附区域强烈压力脉动以及箱梁下表面与总气动力具有较强相关性的压力脉动,整体断面各测点脉动压力具有相同的卓越频率。针对本项研究试验实例,抑流板措施减弱了箱梁中下游位置压力脉动的分布强度和作用时序的相关性,可以有效地抑制涡振。     

MTMD在钢箱梁悬索桥高阶涡激振动控制中的应用

摘要：大跨度悬索桥模态密集,常遇风速下存在多个模态发生涡激共振的可能。鉴于多重调谐质量阻尼器(MTMD)在减振效率和鲁棒性方面的优点,探讨了MTMD理论在大跨度钢箱梁悬索桥高阶竖向涡激振动控制中的应用。首先从Scanlan线性涡激力模型出发,在不考虑气动刚度项和气动阻尼项的条件下得到安装MTMD后的加劲梁位移频响函数。然后以加劲梁位移频响函数峰值极小值为目标函数,运用基于Matlab的遗传算法完成MTMD方案的初步参数优化设计。最后,从结构固有频率波动和结构固有阻尼比变化两方面讨论了MTMD的控制效率和鲁棒性。计算结果表明,在MTMD的初步参数优化设计中忽略气动刚度项和气动阻尼项是可行的,适当扩大MTMD的频率范围和阻尼比可以使其在减振效率和鲁棒性上达到更好的平衡,比传统调谐质量阻尼器（STMD）更适合悬索桥涡激振动控制。     

泡沫铝填充多棱管的吸能分析

通过LS-DYNA模拟分析泡沫铝填充多棱管的准静态过程。以柱壳比（R）作为比较具有不同截面形状的泡沫铝填多棱管的依据。通过比吸能、比力和能量吸收率,实现泡沫铝填充多棱管吸能性能的定量化比较分析。研究发现在具有相同柱壳比的条件下,泡沫铝填充四棱管的比吸能最高;泡沫铝填充八棱管的能量吸收率最高（约78%）;四棱管的吸能量占泡沫铝填充四棱管总吸能量的比例最小（约57%）。不同的几何形状和结构对泡沫铝填充多棱管的吸能性能有着显著的影响。同时,对泡沫铝填充多棱管的变形模式和内在机制也做了初步的分析     

运营状态斜拉桥考虑拉索涡激振动的钢锚箱疲劳实测研究

为研究桥面随机车流通行和拉索涡激振动共同加载下斜拉桥钢锚箱应力响应特征,评价钢锚箱构造细节的疲劳性能,在某大跨度斜拉桥上开展了拉索涡激振动的现场观测和钢锚箱构造细节的应力实测.采用雨流计数法获得了构造细节应力幅,并基于名义应力法评估了钢锚箱的疲劳性能.研究表明,斜拉索在无雨和较低风速下发生了高阶多模态涡激振动,来流风向...     

大跨主梁沿跨向涡振Scanlan非线性模型应用

摘要 柔性大跨主梁在低速横风作用下易发生涡激振动,尽管不会导致毁灭性的破坏,但会引起结构疲劳或影响正常使用。基于Scanlan非线性涡振模型,引入Wilkinson涡激力相关性函数,推导大跨主梁沿跨向锁定状态竖向、扭转涡振一次理论近似解,分析相应气动参数识别方法。以一大跨斜拉桥为例,根据主梁节段模型涡振试验识别气动参数,计算沿主梁跨向竖向涡振响应。     

羽翼形隔水管涡激振动抑制装置实验研究

基于鸟类翅膀尾缘锯齿外形的仿生学研究,提出了一种带有双羽翼形飘带结构的海洋钻井隔水管涡激振动抑制装置。对裸圆柱模型和带有不同尾缘外形、不同长度双飘带结构的圆柱模型进行水流模拟实验,应用粒子图像测速技术测量模型的尾迹流场,得到相应的尾迹流线图和涡量图。通过比较分析得:双飘带结构能有效减少水流中圆柱模型后方的旋涡,且飘带尾缘外形能影响圆柱周围的流场,尾缘锯齿形飘带可使旋涡的产生滞后。飘带长度为圆柱直径四倍左右时对旋涡的抑制效果较好。因此,羽翼形涡激振动抑制装置能有效抑制水下隔水管的涡激振动。