考虑几何非线性的桥梁后颤振极限环特性

根据桥梁断面的试验颤振导数,采用阶跃函数模拟了自激力的时域表达式,并推导了便于时域分析的自激力递推公式.采用APDL语言编制了颤振时域分析的程序并在ANSYS中实现.时域分析表明,几何非线性效应对桥梁颤振临界状态影响甚微,而对其后颤振性能影响很大.线性理论揭示的后颤振响应是一种典型的发散现象,而计入几何非线性效应后,后颤振响应最终演变为小振幅的极限环振动(LCO).此外,能量分析表明,线性发散振动的结构储能不断增加,而考虑几何非线性时,结构储能维持在一个较低水平(LCO状态).相比线性发散造成的灾难性毁灭而言,LCO只会对结构产生累积损伤;鉴于此,还需要综合考虑材料的强度及疲劳特性等因素,才能进一步评估桥梁结构的安全性与稳定性.     

不同风场下不同桥梁节段模型的振动演化特征

以薄平板、闭口扁平箱梁和开槽扁平箱梁三种断面为研究对象进行小比例尺节段模型悬挂弹簧测振风洞实验,分析了紊流度和断面形式对桥梁振动演化特征和失稳风速的影响.研究结果表明:同一种桥梁断面在不同风场下的振动趋势是一致的,其位移响应均值和发散风不随紊流速度增加而增加;失稳风速从低到高依次为薄平板、闭口箱梁、开槽箱梁,而其失稳突发性从小到大顺序则刚好相反,薄平板和闭口箱梁发散时呈现出典型的硬颤振特征,而开槽箱梁发散时呈现出典型的软颤振特征.     

流线型桥梁断面颤振稳定性数值模拟

对于流线型桥梁断面颤振稳定性,采用动网格实现结构分状态强迫振动法,提取稳定的气动力,按照最小二乘法求得不同折减风速的颤振导数。研究了理想薄平板的8个颤振导数,并将数值计算结果与Theodorsen理论解进行对比,发现采用该方法识别颤振导数与理论解吻合得很好。采用该方法计算了3种不同流线型桥梁断面的颤振导数,并计算了颤振临界风速。结果表明:增大主梁的宽高比,可以提高主梁的颤振稳定性;宽高比相同时,主梁底板采用折线形状要比圆弧线颤振稳定性好。     

新技术护卫大跨度桥梁安全

中国的斜拉桥、悬索桥、拱式桥的跨度分别在1991年、1995年、2001年突破了400米,并且分别由上海杨浦大桥和苏通长江大桥、舟山西堠门大桥(最大跨度钢箱梁悬索桥)、上海卢浦大桥和重庆朝天门大桥等多次创造了这三种桥型跨度的世界记录. 桥梁结构的设计中,抗风安全性是需要着重考量的问题,其主要涉及极限设计风速下的动力稳定性——颤振发散.当桥梁结构颤振发散的临界风速小于设计风速时,就会发生颤振失稳,必须采用控制措施提高结构临界风速,这就是结构抗风安全控制技术.     

大跨悬索桥施工过程颤振稳定分析

随着悬索桥跨径的不断增大，抗风稳定性成为控制桥梁设计与施工的最主要因素。尤其是在施工初期，结构的刚度比成桥要低得多，使得颤振临界风速最低，更容易发散。通过对主梁非对称拼装顺序以及采用临时的水平交叉加劲措施等方法的研究，讨论如何提高桥梁施工过程的颤振临界风速。分析结果表明，当主梁采用非对称施工时，会有效提高结构的等效质量，从而提高临界风速。当采用水平交叉索时，结构的抗扭刚度显著增加，同样增强了桥梁施工过程中的抗风稳定性。     

开口桥梁断面颤振及气动措施的数值与试验研究

针对典型开口桥梁断面颤振抑振措施进行了风洞试验和数值模拟研究.风洞试验结果表明,原型断面在较低风速即发生了颤振失稳现象.通过数值模拟方法进行了颤振模拟,与风洞试验得到了一致的颤振临界风速,并研究了其颤振机理,即高折减风速下断面下表面产生的旋涡脱落及其漂移与断面扭转位移相匹配,产生了与断面运动方向相同的气动扭矩,导致了颤振发散.数值模拟显示,下稳定板可以有效阻碍断面下表面旋涡的脱落和运动,使得气动力在断面运动周期内做功为负,抑制颤振发散.节段模型风洞试验和全桥模型风洞试验结果显示,下稳定板是开口桥梁断面颤振的有效气动抑振措施.     

斜拉桥气弹模型拉索振动数字摄影测量技术

利用数字摄影测量的方法,在斜拉桥全桥气弹模型风洞试验中对拉索结构实现振动位移的动态测量.介绍了该方法的基本原理,并通过某斜拉桥进行了实测研究,获得了该桥气动失稳状态时的拉索振动形态,为桥梁颤振发散机理的研究提供了直接依据.讨论了拉索位移测量方法的误差,并提出改进测量精度的对策.     

大跨度桥梁的三维非线性颤振领域分析

在PK－F法的基础上,考虑结构以及动力随风速的非线性变换因素,提出了大跨度桥梁的三维非线性颤振频域分析方法,该方法能预测出结构在颤振前后整个过程的振动特性以及颤振监界状态,并且可以对结构变截面、复杂结构等情况进行分析,最后,对江阴长江大桥和荆沙长江大桥进行了颤振分析,揭示了非线性因素对桥梁结构颤振特性的影响以及不同断面桥梁结构颤振形态的内在本质和统一性。     

大跨度桥梁典型断面颤振机理

针对桥梁颤振机理研究的关键问题即颤振驱动机理和颤振形态，建立了一种能同时研究桥梁振动特征参数与断面气动外形参数的定量关系，以及颤振发生过程中和颤振发生点各自由度运动耦合效应的二维三自由度耦合颤振分析方法．然后，以这种方法为理论工具，从新的角度对闭口箱梁和分离双主梁两类典型桥梁断面的颤振机理问题进行了研究．在颤振驱动机理和颤振形态研究中，澄清了以往模糊甚至错误的认识，得到了有意义的结论．     

薄平板断面气动自激力振幅效应数值模拟

为研究振幅对桥梁主梁断面气动自激力的影响,以薄平板断面为研究对象,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法进行气动自激力振幅效应研究,首先采用强迫振动数值模拟方法,研究了不同振幅下薄平板断面颤振导数与气动力迟滞相位,分析了薄平板断面气动力的频谱特性;然后采用自由振动数值模拟方法,研究了薄平板断面的颤振响应演变规律.薄平板断面强迫振动数值模拟结果表明:扭转振幅对薄平板断面颤振导数影响较大,在高折算风速下,颤振导数A*2随着振幅的增大由负转正,竖向振幅对薄平板断面颤振导数影响相对较小;扭转振幅的增大引起薄平板断面气动力迟滞相位正弦值发生了较大变化;当扭转振幅大于8°时,薄平板断面气动力存在较为明显的高次谐波分量,主要为三阶与五阶分量,竖向振幅引起的薄平板断面气动力高阶分量不明显.薄平板断面自由振动数值模拟结果表明:薄平板断面在颤振发散过程中,其瞬时频率、瞬时阻尼比与竖向扭转位移相位差均随振幅变化.     

桥梁断面中间开槽对颤振稳定性的影响

用计算流体动力学（CFD）方法研究了箱型桥梁断面中间开槽前后颤振临界风速的变化， 结果表明中间开槽的效果与断面头部形状和开槽宽度有密切关系。当头部形状或开槽宽度不合适时， 中间开槽不但不能提高颤振临界风速，反而降低了 断面的颤振稳定性，这种计算分析结果也和实验结果相符合。并进一步从不同断面周围流场的特征方面对这种现象做出解释，发现从开槽断面前箱体前缘产生的剪切层是否与后箱体碰撞以及断面振动时是否有气流同方向从槽中穿过决定了断面颤振稳定性的好坏。     

开口断面桥梁颤振稳定性及优化措施机理研究

基于数值计算方法研究了开口断面主梁的颤振稳定性及下稳定板的作用机理.通过对比风洞试验的三分力及颤振临界风速结果,验证数值计算方法的可靠性,借助流场可视化直观地分析了颤振机理及下稳定板的抑制机理.结果 表明:来流在上游栏杆、上游箱室底板及下检修道处分离形成旋涡并向下游发展,期间产生与桥断面运动方向相同的气动力,成为颤振发散主导因素.在桥梁断面增设下稳定板能形成稳定的旋涡,气动力总体做负功,有效地抑制了颤振发散.增设1/4下稳定板,稳定板间形成了稳定的旋涡,气动力在运动周期内持续做负功,而同时增设下中央稳定板和1/4下稳定板在上游检修道与稳定板间形成的旋涡与上表面的旋涡交替主导气动力的方向,气动力先做负功后做正功再做负功.故只增设1/4下稳定板相比同时增设1/4下稳定板和下中央稳定板更有利于改善主梁的颤振稳定性能.研究结果能给同类型桥梁断面颤振抑振措施的选取提供参考.     

大跨度桥梁颤振稳定性的简化判别

讨论了大跨桥梁两种颤振理论的临床界风速实用计算公式，并给出了一个统一表达形式的临界风速近似估算公式，讨论了攻角对颤振形态和Ｔｈｅｏｄｏｒｓｏｎ数的影响，最后提出一个大跨桥梁颤振稳定性的简化判据，供桥梁初步设计阶段进行抗风设计使用。     

桥梁连续型控制颤振理论研究

为了控制大跨桥梁的颤振,提出了能同时控制桥梁竖向、横向、扭转振动的三向控制器;并将其沿全桥主跨连续布置,提出了相应连续型控制颤振理论.以某大跨斜拉桥梁为实际工程背景,将连续控制器沿主跨连续布置,用优化被动控制理论和ANSYS软件,建立了全桥的有限元模型,通过对未安装控制器和安装不同参数控制器的桥梁有限元对比分析可知,连续型控制器能显著提高颤振临界风速.     

挑臂长度对钢桁梁颤振稳定性的影响

基于数值模拟方法研究挑臂长度对钢桁梁悬索桥的颤振稳定性影响. 通过风洞试验测试不同攻角下某悬索桥钢桁梁原设计断面（挑臂长度L为0.947 m）的颤振稳定性，并与CFD结果对比，验证了数值方法的可靠性. 然后对同一折减风速下单个周期气动力输入的能量值大小以及流场的演变规律进行研究，得到不同的挑臂长度（0.0L， 0.5L， 1.0L， 1.5L）对钢桁梁颤振稳定性的影响. 结果表明：正攻角下，挑臂长度对钢桁梁的颤振稳定性影响不明显，而0°攻角及负攻角下，挑臂长度为1.5L的钢桁梁断面颤振稳定性显著优于其他工况. 0°攻角钢桁梁上表面旋涡的运动导致的压强变化以及下表面迎风侧压力值的变化成为气动力的主导因素，气动力方向与钢桁梁运动方向相同，促进扭转振动发散，而增大挑臂的长度削弱了上表面旋涡的尺度，并在挑臂处形成了强度大小相对稳定的压强区. 负攻角钢桁梁上表面无明显旋涡，下表面旋涡的演变及压力变化成为颤振发散的主导因素，增加挑臂能削弱下表面旋涡的尺度和强度，并在迎风侧挑臂的下表面处持续形成稳定的负压区，气动力输入的能量值为负.     

数控凸轮轴磨床颤振稳定性研究

在凸轮轴磨床的磨削过程中,颤振现象严重影响凸轮轴表面的磨削质量.为了抑制凸轮轴磨削颤振的产生,基于再生颤振理论和随动磨削的特点,建立了凸轮轴和砂轮再生激励效应的动力学模型,绘制了稳定性极限图,同时研究了凸轮轴磨床的颤振稳定性.通过凸轮轴磨床的颤振实验,利用频域和时频域方法分析了凸轮轴磨床的振动特性.颤振实验结果和稳定性极限图预测结果一致,验证了凸轮轴磨床再生颤振动力学模型的正确性和预测颤振产生与优选加工参数的可行性.     

间断型三向TMD桥梁颤振控制

为了控制桥梁结构风致振动,提出了间断型三向调谐质量阻尼器(TMD)的概念,旨在提高桥梁结构的颤振临界风速,并提出了间断型三向TMD控制系统及其相应的理论和计算方法.间断型三向TMD能同时控制桥梁结构横向、竖向和扭转三个方向的风致振动.通过最优控制理论计算得出系统的最优参数,通过风洞试验和Ansys软件模拟计算,得到重要结论:参数合理的间断型三向TMD系统能显著提高桥梁结构颤振临界风速.     

大跨度流线型箱梁悬索桥颤振稳定性气动优化

以主跨为1 660 m流线型箱梁悬索桥为工程依托,采用风洞试验和CFD数值模拟相结合的方法对影响大跨度悬索桥颤振稳定性的主要因素(主缆空间形式、主梁气动外形和中央稳定板高度)进行了研究,并对气动控制措施机理进行了探讨.结果表明:主缆布置形式对桥梁结构颤振临界风速的影响主要表现为主缆布置形式导致桥梁结构扭转频率的改变,从而影响桥梁结构颤振临界风速;适当增加主梁断面宽高比可有效提高桥梁结构颤振临界风速;设置合适高度的中央稳定板可有效提高带水平分离板的流线型箱梁断面颤振临界风速.中央稳定板附近产生的涡会引起主梁断面竖向气动力增加,导致主梁断面竖向运动参与程度提高,抑制了主梁断面扭转运动,从而提高了流线型箱梁断面颤振稳定性.     

变进给切削过程的动态稳定性——关于韧性材料可靠断屑方法研究之三

通过切削试验分析研究了变进给切削过程的动态稳定性,决定了颤振域限计算和测量了极限切削宽度和颤振频率。建立了重叠系数公式,找出了重叠系数与极限切削宽度之间的关系,用“仰制—激发—仰制”颤振的新假设来解释变进给切削过程的动态稳定性。并研究了在自激振动下强迫振动的影响,从而得出了变进给切削过程的动态稳定性高于匀进给切削过程的动态稳定性的结论。 最后还讨论了这一研究对实际生产的应用价值。     

桥梁断面18个颤振导数自由振动识别

桥梁断面的自激振动力可以用18个颤振导数来表述。在现有的两自由度体系总体最小二乘法基础上，发展了用于识别桥梁断面三自由度体系18个 颤振导数的方法和试验装置。利用该方法对箱梁断面进行节段模型试验，得到了全部18个颤振导数。将三自由度试验结果与CFD（computatonal fluid dynamics)方法得到的颤振导数进行了分析比较，同时对准定常理论的估算公式进行了考证。