平板的颤振参数研究

基于平板颤振理论 ,建立了颤振双参数优化模型 ;提出了搜索该优化模型最优解的混沌新方法 ,该方法利用混沌的内在随机性和遍历性来获得全局最优解 ;并详细给出了图解法和迫近法搜索优化模型最优解的步骤 .经算例验证 ,上述 3种方法计算简便 ,精度高 ,为平板颤振频率、颤振风速和折算风速等颤振参数的确定提供了新的有效途径 .混沌方法人为参与程度低 ,稳定性强 ,可以方便准确地绘出平板各种颤振参数的诺模图     

基于TMDI的大跨度桥梁颤振控制理论研究

为解决传统调谐质量阻尼器（Tuned Mass Dampers， TMD）在低频大跨度桥梁中静位移过大的问题，提出采用调谐质量惯容阻尼器（Tuned Mass Damper Inerter， TMDI）提高大跨度桥梁的颤振临界风速. 提出了一种适用于桥梁颤振控制的TMDI布置形式，并基于二维耦合颤振理论，建立桥梁-TMDI系统运动微分方程，进而导出系数多项式特征方程. 根据劳斯-赫尔维茨稳定性判据，计算颤振临界风速. 以具有理想平板断面的简支梁为例，分析TMDI在桥梁颤振控制方面的有效性，并探讨了TMDI各参数设置对颤振控制的影响. 研究结果表明，TMDI可以有效提高桥梁颤振临界风速. 与传统TMD相比，虽然引入惯容可能会稍微削弱其控制效果，但却可以大幅降低质量块静位移，从而在实际工程中具有更高的实用价值.     

柔性梁颤振机理在压电式微型风能收集器设计中的应用

提出了基于颤振机理的微型风能收集器,采用颤振的柔性梁牵引锆钛酸铅(PZT)压电梁发生振动.通过风洞实验研究了柔性梁颤振发生的过程,发现颤振发生在切入临界风速与切出临界风速之间.分析了柔性梁的长和宽对器件性能的影响,发现随柔性梁长度增加,收集器的临界风速、颤振频率、输出电压和功率等性能都减小;随着宽度增加,临界风速基本不变,而颤振频率、输出电压和功率都增加.微型风能收集器的最低临界风速为6.4 m/s,最大输出功率为1.30 mW.结果表明柔性梁结构降低了PZT梁的切入临界风速,提高了输出功率,证实了基于柔性梁颤振结构的微型风致振动能量收集器的可行性.     

基于状态空间的桥梁颤振分析

针对基于Scanlan自激力模型的桥梁颤振分析方法不能直接以风速作为参数对颤振临界风速进行自动无迭代搜索的缺陷,采用现代控制理论中对动态系统的状态空间描述方式,将结构和气流作为一个动态系统,在状态空间内对自激力进行表达,建立桥梁颤振运动方程并实现了桥梁颤振临界风速的直接求解.通过对系统状态空间中的气动状态进行优化处理,减小了系统状态空间的维数,并结合模态跟踪技术解决了基于状态空间颤振分析中关于结构固有模态根识别的问题.以具有理论解的理想平板截面的简支梁为例验证了算法的正确性,并将其应用于润扬长江大桥的颤振分析中,分析结果和风洞试验结果基本一致.     

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.     

吊桥颤振分析的样条模型

本文建立了与气动实验相应的全桥样条模型，以分析吊桥颤振。根据片条假定以及所取用的力学模型，导出颤振微分方程和关于颤振导数的空气动力矩阵（气动阻尼阵和气动弹性阵）。在样条有限元条法分析吊桥固有振动的基础上，进一步计算吊桥的颤振频率和临界风速。以旧Ｔａｃｏｍａ桥为例，计算结果与现场实测值相一致。     

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。     

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。     

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。     

不可压缩流中机翼外挂系统的分叉分析

考虑二元机翼外挂系统的三自由度动力学模型，建立了准定常气动力作用下机翼外挂系统的运动微分方程，通过Hopf分叉理论和数值模拟，研究了具有立方刚度非线性系统的颤振问题，并研究了系统临界颤振速度随线性刚度系数的变化规律。结果表明，机翼外挂系统将出现亚临界Hopf分叉，另外，随着线性刚度系数的增加，系统的临界颤振速度将减小。     

刚度、阻尼矩阵非对称性对气动导数识别的影响

针对桥梁结构节段模型风洞测振试验中因风的作用而导致的系统刚度矩阵和阻尼矩阵的非对称性可能影响识别结果这一问题,利用状态空间法仿真薄平板模型在均匀风场中的自由衰减响应和紊流场中的抖振响应,分别采用特征实现算法(ERA)和随机子空间法(SSI),识别出均匀流场和紊流风场中的理想薄平板模型气动导数.通过与仿真所用的薄平板模型的气动导数理论值的对比,确定等效刚度矩阵和等效阻尼矩阵的非对称性对系统识别方法所得结果的影响.仿真结果表明,目前,应用比较广泛的ERA方法和SSI方法,均对阻尼矩阵和刚度矩阵的非对称性具有足够的适应性.     

由动态阻尼特性判断结构颤振的临界风速

将航空理论中的飞机机翼颤振的分析方法U-g法引入到桥梁颤振的研究中，从而可以由结构的动态阻尼特性，即由g随来流风速U或由对数衰减率dk随折减速度的变化曲线，来判断桥梁发生颤振的临界风速，并就具体的算例进行了研究，良好的结果验证了该方法在土木工程中的适用性。     

弯扭耦合颤振过程中的能量转换机理

采用激励-反馈机制建立了耦合颤振的能量分析方法并给出了颤振稳定的能量判据.结合平板的风洞试验研究了颤振临界风速下结构-气流系统内部的能量变化规律.分析结果表明,联合气动导数A1*H3*(A1*为竖向运动的速度对扭矩的贡献,H3*为扭转运动的位移对升力的贡献)建立了能量从竖向自由度向扭转自由度的传递途径,使气流能量在扭转...     

刚性水槽内板状结构在轴向粘性流中的颤振

研究轴向二维粘性流体作用下四跨简支板状梁的自由振动稳定性。基于粘性流理论考虑结构-流体的耦合效应。采用假设模态法建立耦合控制方程。分析系统的颤振临界流速随间隙和板厚的变化规律。结果表明，颤振临界流速随间隙的增大而降低；随板厚的增大而提高。     

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。     

颤振系统中一个特殊的几何缩比效应

颤振是弹性结构在气流中发生的一种动力学不稳定现象,确定颤振系统的颤振临界速度和颤振频率是颤振分析的主要目的.数值分析和模型试验是确定系统颤振特性的两个主要手段.本文根据相似理论的第二定理,通过量纲分析证明,对于任何线性颤振系统,在结构材料保持不变的情况下,几何尺寸放大或者缩小n倍,颤振系统的固有振动频率和颤振频率相应的缩小或者放大n倍,而颤振临界速度保持不变.通过简支均匀梁和四边简支板的固有频率公式以及曲壁板颤振临界速度和颤振频率的数值算例,验证了该结论.颤振系统这种特殊的几何缩比效应揭示了在模型风洞颤振实验中,由于要对颤振临界速度进行缩比设计,因此必须使用与原型结构不同属性的材料.     

分布随从力作用下黏弹性悬臂输流管道的稳定性分析

对在流动流体和分布随从力共同作用下的黏弹性输流管道,以Kelvin黏弹性模型和Euler梁模型为基础建立输流管道的运动微分方程,然后采用Galerkin方法对其离散化。通过特征值分析,研究分布随从力、质量比、黏弹性系数对系统失稳临界流速的影响。运用复频率随流速变化的曲线,分析不同的参数作用下系统的振动特性和稳定性。结果表明:分布随从力越大,系统失稳的临界流速越小;随着质量比的增大,临界流速会增大;黏弹性系数增大时,临界流速也会略微增大;悬臂输流管道的失稳方式主要为颤振失稳。