考虑索穹顶结构构形变化的空气动力失稳分析

对于具有高柔、大跨、轻质等特点的索穹顶结构来说，风力是主要的荷载。由于结构与风力的气动耦合作用，结构易产生一种失稳式振动，即 驰振。据此采用了用体型系数表达的、考虑风荷载竖向分力的气动力模型；针对索穹顶结构强几何非线性的特点和弛振分析气动力准确定常的基本假设，提出了用迭代思想求解结构驰振临界风速的方法；并与用数值积分方法和Newton-Raphson方法相结合的时程分析法的结果进行比较。     

安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索驰振

针对亮化灯具引起的斜拉索振动问题，以某安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索 为工程背景，研究了驰振特性及增加结构阻尼对驰振的抑制效果. 首先，进行了节段模型测力 风洞试验，测量了安装灯具斜拉索的三分力系数，通过驰振力系数初步预测了发生驰振的风 攻角范围；然后，分别进行了二维和三维节段模型测振风洞试验，测量了安装灯具斜拉索风振 响应随风攻角、风速等的变化规律，探讨了阻尼比对提高驰振临界风速的影响规律 . 结果表 明：安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索的平均阻力和升力系数最大分别可达1.8和1.5，静风 荷载比未安装灯具时可增大 83%；局部凸起的点光源对安装灯具斜拉索的气动力影响很小； 二维斜拉索的最不利风攻角为 8°，驰振力系数低至-7.9，阻尼比为 0.1% 时驰振临界风速为 21.8 m/s；三维斜拉索的起振风偏角范围为 40°~56°、186°~196°，面内和面外都有较大振动；阻 尼比为0.1%时起振风速低至4.7 m/s；起振后，随风速的增大，振幅线性增加，折减风速达到77 时，无量纲位移可达到2D（D为斜拉索直径）；增大阻尼在相同风速下可降低振动的幅度；阻尼 比小于 0.8%时，增加阻尼对驰振临界风速的提高作用有限；当阻尼比增大到 1.0%时，能够有 效抑制安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索驰振.     

热带气旋中竖向风攻角对双坡低矮房屋屋面风压的影响

基于热带风暴"彩虹"中采集的高分辨率风速风向和双坡低矮房屋屋面风压数据,研究了台风天气下来流垂直于屋脊线时竖向风攻角对双坡低矮房屋屋面风压的影响.结果表明:来流垂直屋脊线时,屋面特殊风压系数与来流竖向风攻角之间呈现明显的线性关系.测点特殊风压系数受来流竖向风攻角的影响程度随着测点距迎风前缘距离的增加而减小.另外,受屋脊的影响,双坡屋面背风面距离屋脊较近的区域受来流竖向风攻角的影响程度会有一定程度的增强.来流竖向风攻角可能是造成双坡屋面迎风前缘及背风面屋脊附近风压系数实验值与实测结果差异较大的主要原因之一,在进行风洞试验模拟时,应考虑来流竖向风攻角的影响.     

基于二维流场的方形断面钝体气动性能分析

主要仿真分析基于二维流场的风致振动压电俘能器方形断面钝体的气动力,旨在探究方形断面钝体在不同攻角下的气动特性,为提高风致振动压电俘能器能量采集效率提供参考。首先通过与文献数据对比不同雷诺数下的斯托罗哈数,验证了有限元气动分析方法的正确性;然后分析二维流场中的方形断面钝体在0°～20°攻角下的横向气动力,通过多项式曲线拟合方法得到了气动力经验系数;随后通过对压电俘能器驰振控制方程进行数值求解,研究了风速对俘能器输出性能的影响。结果表明,在攻角为8°时,方形断面钝体的气动力性能最佳。在给定的参数条件下,压电俘能器的起振风速为2.6 m/s,风速6 m/s时,最大电压可达50.95 V。     

大攻角下典型主梁断面颤振临界风速数值模拟

针对大攻角下主梁断面颤振稳定性问题,基于计算流体动力学软件ANSYS FLU-ENT用户自定义函数UDFs和动网格技术,结合Newmark-β法建立了桥梁主梁断面二维流固耦合分析方法,采用该方法在不同攻角下(0°、±3°、±5°、±8°)对薄平板和流线型箱梁断面颤振稳定性进行数值模拟研究,并将数值模拟结果与风洞试验研究结果进行了比较.结果表明:薄平板和流线型箱梁断面的颤振临界风速数值模拟结果与风洞试验结果吻合较好,验证了本文所建立的桥梁主梁断面二维流固耦合分析方法的精度.薄平板断面的颤振临界风速随攻角的增大显著降低;流线型箱梁断面在正攻角范围内颤振临界风速随着攻角的增大而降低,在负攻角范围内颤振临界风速随攻角绝对值的增加先增大后降低;当攻角较大时,薄平板断面和流线型主梁断面均表现出"钝体"特征,气流绕过断面前缘时发生分离,沿断面上下缘产生较大的涡,从而导致主梁断面颤振临界风速降低.     

覆冰导线的气动力系数预测方法研究与特性分析

为解决风洞试验成本高与耗时长的问题,提出了一种基于机器学习预测气动力系数的研究方法.首先利用风洞试验获得不同参数下的覆冰导线气动力系数,然后通过机器学习构建模型预测了新月形覆冰导线在不同冰厚与风速下的气动力参数,所得各覆冰导线气动力系数随风攻角变化曲线与由风洞试验所得结果规律一致.基于机器学习和风洞试验所得气动系数确定的Den Hartog与Nigol系数随风攻角的变化结果相吻合,表明了机器学习预测方法的可行性.     

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。     

架空输电线舞动的临界风速研究

结合舞动自身特性,研究了输电导线舞动的单自由度模型,给出了建立单自由度模型的一般方法,采用精确的相对风速表达式研究了舞动的单自由度模型,推导了起舞的临界风速解析表达式,分析了影响舞动临界风速的因素.结果表明:影响临界风速的因素有单位长度上覆冰导线的质量、阻尼、初始攻角、气动力系数、空气的密度以及覆冰导线的有效受风长度,其中空气密度是常量,为预防和抑制导线舞动提供参考.     

利用DES方法进行细长旋成体纵向俯仰大迎角气动特性的计算研究

在亚临界流动范围内,利用DES方法对俯仰细长旋成体的流动特性进行数值模拟,给出了细长旋成体在大攻角纵向俯仰中的截面流态特点。研究发现,迎角变化跨越对称至不对称流态的上仰运动会产生明显的气动力迟滞现象,推迟了非对称的产生迎角,并延缓了细长体背风面流态之间的过渡。对细长体大攻角运动气动分析在国内外研究尚少,研究成果对充分利用非定常气动力有指导意义。     

强风下高铁连续梁桥最大双悬臂状态抖振时域分析

为研究强风多发区高铁连续梁桥悬臂施工期结构风振响应,以华东沿海盐通高铁某特大连续梁桥为对象,开展了强风作用下大跨高铁连续梁桥最大双悬臂状态抖振时域分析.首先,建立了该桥最大双悬臂状态有限元模型.然后,采用谐波合成法分别模拟了双悬臂状态主梁和桥墩的三维脉动风场.最后,利用时域抖振分析方法,研究了不同设计风速和风攻角对连续梁桥最大双悬臂状态抖振响应的影响.结果 表明:50年一遇设计风速下,主梁悬臂端竖向抖振位移响应峰值达主跨长度的1/1110,且位移响应峰值随风速增加迅速增大;与零度攻角和负攻角相比,正攻角强风作用下悬臂端抖振响应显著增大,施工设计时应予以充分考虑.     

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.     

两种典型覆冰导线气动力特性及稳定性分析

通过节段模型高频天平测力风洞试验,计算了准椭圆形和扇形两种代表性覆冰导线的气动力系数均值、均方根值.基于准定常假设对试验模型的单自由度驰振可能性进行了分析.所得结果为研究类似截面形状覆冰导线的气动特性提供了参考,为进一步计算覆冰导线响应提供了基础数据.     

准椭圆形覆冰导线气动力特性试验研究

通过刚性节段模型高频天平测力风洞试验,对圆形截面、裸导线截面及6种不同类型的准椭圆形覆冰导线气动力特性进行了研究,讨论了紊流度、风向角、覆冰饱满度、覆冰厚度等因素对导线气动力特性的影响以及准椭圆覆冰导线驰振稳定性的一般规律.结果表明,紊流度的增加使得模型力系数绝对值在一定范围内变小;覆冰形状和风向对导线气动力特性有很大影响;准椭圆形覆冰导线一定风向角范围内存在驰振可能.试验得到的数据和结论可以为这类覆冰导线的风致响应计算及破坏机制的分析提供基础数据.     

基于三级数法的高耸结构弛振分析

应用三级数法求解横风向的弛振的非线性运动微分方程,得到了三维结构的简明的稳态响应和临界风速表达式.从理论上阐述了可能发生弛振的关键因素:即升力线斜率为较大的负值,也就是只有非流线形的剖面,形成气流分离的结构才可能出现.形成不稳定的充分条件是结构的质量轻、刚度小、阻尼小、或是高度(长度)大、长细比大.非线性速度平方项不影响临界风速值,但它使弛振的稳态响应加大,使频率减小,临界风速只取决于速度的一次项.而且弛振响应在最初的几分钟也几乎完全取决于速度的一次项.算例表明,该方法是有效的,可以很方便的应用到工程实际当中.     

桥梁抗风气动措施的研究及应用

介绍作者所在风洞试验室在桥梁结构抗风研究中涉及到的气动措施及其应用方面的内容，气动措施包括在主梁上增设减小涡振振幅的抑流板，提高颤振临界风速的裙板、导流板、降低驰振响应的转向装置，改变气动力的主梁开槽方案等，同时探索了这些措施 的作用机理以及工程应用所带来的社会效益和经济效益。     

覆冰导线任意方向驰振分析方法

在分析传统单自由度驰振激发机理的基础上,推导任意风向作用下覆冰导线在任意振动方向的单自由度驰振判别式,从理论上证明顺风向驰振发生的可能性.分别运用DenHartog,Nigol判别式和上述判别式,分析风洞试验得到的准椭圆形覆冰导线模型气动力,判断准椭圆形覆冰导线发生驰振的可能性.结果表明,对覆冰导线,该方法不仅可得到可能发生驰振的风向,还可判断可能发生驰振的振动方向.     

碟式太阳能聚光器气动特性和最大风压分布仿真分析

针对碟式太阳能聚光器最佳避风姿势问题,采用流体控制方程建立了碟式太阳能聚光器流场模型,并将计算得到的流场流速和压力再加载耦合到碟式太阳能聚光器前后表面,对碟式太阳能聚光器气动特性和风压分布进行仿真分析.结果表明:1风速对碟式太阳能聚光器表面中心区域最大风压影响很大,应适当提高碟式太阳能聚光器中心处的强度和刚度;2碟式太阳能聚光器的升力、阻力、侧向力和最大表面风压随风速增加而增加,且最大表面风压增加幅度尤显明显,但是风力系数随风速变化甚微;3不考虑流固耦合作用时碟式太阳能聚光器的升力系数、阻力系数、侧向力系数和最大表面风压的计算值存在较大的误差,在之后的计算中,应考虑流固耦合作用;4碟式太阳能聚光器表面最大风压随高度角和方位角的变化复杂,高度角为0°、方位角为45°姿势时达到最大.     

以动力稳定为目标的空间结构等效静力风荷载

采用基于位移或内力响应等效的等效静力风荷载进行大跨空间结构的稳定分析并不十分合理.以动力稳定为目标的等效静力风荷载将使大跨空间结构的设计能够满足稳定性设计的要求.提出大跨空间结构以动力稳定为目标的等效静力风荷载的概念和初步方法,并应用于单层柱面网壳的稳定性分析.通过风洞试验获得柱面网壳表面的非定常气动力,利用Budiansky-Roth准则分析该网壳的动力稳定性,得到以动力稳定为目标的等效静力风荷载.通过对比以动力稳定为目标和基于位移等效的等效静力风荷载下的稳定性分析结果,表明大跨空间结构进行稳定性分析时有必要采用以动力稳定为目标的等效静力风荷载来考虑风荷载作用.     

强横风下青藏线客车在不同高度桥梁上的气动性能分析

采用数值模拟方法,在模拟自然风和均匀风风速分别为30m/s的情况下,研究不同高度桥梁上列车受到的横向力和侧滚力矩,导出了桥梁上车辆的横向力系数和侧滚力矩系数的表达式。计算结果表明:桥高为30m时,采用模拟自然风计算得到的横向力和临界倾覆点处侧滚力矩比采用均匀风得到的计算结果分别大约58%和63%,且桥梁越高,计算结果差别越大;车体周围的流场与速度矢量分布方式相似,但采用模拟自然风时,车体的表面压力最大值和车体周围的速度最大值分别为1.14kPa和67.6m/s,远大于采用均匀风时的最大值0.82kPa和58.8m/s;车辆受到的横向力、侧滚力矩基本上与车辆形心处的风速的平方成正比;车辆的横向力系数和侧滚力矩系数均与桥梁的高度呈指数关系,当量横向力系数为0.974,当量车体重心处的侧滚力矩系数为0.082,当量临界倾覆点处侧滚力矩系数为0.592。