紊流风场中桥梁气动导数的识别

基于作者提出的识别桥梁断面气动导数的新方法———总体最小二乘时域法 ,初步研究了紊流风场中气动导数的识别 .总体最小二乘时域法试验装置简单 ,克服了改进的Ibrahim时域法人为选择时延参数的不足 ,具有很高的精度和收敛性 .由平板理论解和江阴长江公路大桥的全桥气动弹性模型实验结果证实了该方法的正确性 .在模拟的紊流风场中 ,应用这一方法对平板和江阴长江大桥的节段模型进行了试验 ,识别了其气动导数 .试验结果初步表明 ,对具有良好流线型的桥梁断面 ,紊流对气动导数的影响可以忽略     

紊流风场中桥梁气动导数的识别

提出一种在紊流风场中识别桥梁断面气动导数的新方法，根据随机减量的原理，从风洞中桥梁节段模型的随机响应中提取自由振动信号，再利用时域法对桥梁断面的气动导数进行了总体时域识别，数值仿真结果表明，这一方法具有较高的精度。     

桥梁节段模型气动导数的神经网络识别法

应用单层神经网络技术和风洞试验得到的桥梁节段模型加速度响应,提出了直接识别节段模型运动方程中的物理参数矩阵,进而一次识别全部8个气动导数的方法.该方法物理概念清晰,计算简单,便于实际应用.仿真计算表明,方法计算结果稳定有效,即使在存在5%～10%随机噪声污染情况下也能获得较好的精度.最后应用该法识别了洞庭湖大桥节段模型的气动导数.图2,表1,参6.     

桥梁断面气动导数识别的修正最小二乘法

分析了总体最小二乘方法在桥梁断面气动导数识别中存在的问题,提出了气动导数识别的修理最小二乘方法,为防止由噪声信号所造成的非线性参数迭代求解时出现的发散现象,提出应用进度因子的措施,通过对是试验数据模态参数识别的验证,表明该方法比总体最小二乘方法具有更好的可靠性和强健性,收敛速度更快应用该方法可以识别出颤振甚至颤振后的桥梁断面气动导数,且识别精度有所提高。     

桥梁断面气动导数识别的模态参数插值方法研究

由系统复模态的特征分析可知,同一折减风速(或折减频率)下系统的气动导数可唯一确定该折减风速(或折减频率)下系统振动模态参数,反之亦然.基于该思想可建立系统振动模态参数插值确定桥梁断面气动导数的方法.在此基础上,本文主要探讨了一种归一化提取可直接插值的模态参数的方法从而保证了模态参数插值求气动导数的可行性.数值算例验证表明,归一化提取可直接插值的模态参数的方法是适用的.     

桥梁断面气动导数识别的修正最小二乘法

分析了最小二乘原理应用在桥梁断面气动导数识别中存在的问题,提出了气动导数识别的修正最小二乘方法.为防止由噪声信号所造成的非线性参数迭代求解时出现的发散现象,提出应用进度因子的措施.通过对实测数据模态参数识别的验证,表明修正最小二乘方法比其他识别方法具有更好的可靠性和强健性,收敛速度也更快.此外,在为最小二乘法设定复频率初始值时,引入了考虑噪声影响的时域识别法,提高初始值的精度,对最小二乘法的迭代有利桥梁断面气动导数识别的修正最小二乘法@丁泉顺@陈艾荣@项海帆     

高架栈桥断面气动导数的数值识别

为了缩短高架栈桥的设计周期并降低成本,采用CFD技术计算桥梁的气动导数.应用CFD方法研究了某型高架栈桥断面绕流场,用强迫振动法结合动网格生成技术识别了栈桥断面的气动导数.各折算风速下的高架栈桥气动导数计算值与Theodorsen理论值大小相近,变化趋势相似,在苏通大桥断面的气动导数计算中,本方法也取得了较好的效果.结果表明,使用强迫振动法结合动网格技术识别高架栈桥气动导数是可行的,为该型栈桥设计时考虑风载的影响提供了一种新的方法,可作为风洞试验的一种有力的辅助工具.     

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。     

桥梁结构气动导纳识别的随机子空间方法

气动导纳是反映脉动风速谱与抖振力谱之间传递特性的一个重要函数,其精度直接影响着桥梁设计过程中对结构抖振响应估计的精度.首次提出的采用基于输出协方差估计的随机子空间方法来识别桥梁结构气动导纳,将风洞试验简化为一步性的工作,解除结构阻尼对识别精度的制约,降低风洞试验的难度和成本,缩短试验周期.通过对江阴长江公路大桥的气动导纳识别的实践,表明提出的方法可以成功地得到满足工程精度的气动导纳函数,且简单易行.     

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.     

桥梁断面颤振导数识别的协方差块Hankel矩阵法

采用基于协方差块Hankel矩阵（covariance block Hankel matrix，CBHM）方法来处理节段模型风洞试验的二自由度振动衰减信号，通过系统识别来提取桥梁断面的颤振导数．为验证该方法的可行性，进行了实际桥梁断面的节段模型试验，并将识别的颤振导数与Theodorson理想平板解析解、特征系统实现法（eigensystem realization algorithm，ERA）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．     

桥梁断面颤振导数识别的耦合自由振动测力法

随着桥梁跨度的不断增加,桥面风致振动所引起的气动力非定常效应和非线性效应较为显著,钝体断面的自激力高次谐波分量不可忽略.为研究非线性自激力特性,课题组开发了一套高精度测力天平.利用此天平首先采用Scanlan线性自激力模型测得桥梁断面颤振导数,并与修正最小二乘法识别结果进行对比,再用Newmark-β法反算位移,取得了很好的结果,验证了天平的可靠性.本方法因适用于非线性自激力研究,为下一步工作建立非线性自激力模型提供了很好的手段.     

离散伴随气动优化设计方法的紊流扩展

将离散伴随气动优化设计方法扩展到紊流环境,编程实现了相应的二维离散伴随场求解器;通过组合参数化技术、网格生成技术、流场求解器、离散伴随场求解器及优化算法,建立了透平叶栅气动优化设计平台。基于该设计平台,在紊流环境下以叶栅进出口熵增为优化目标,对某二维跨声速叶栅型线进行了气动优化设计,通过施加质量流量约束来限制优化过程中叶栅通道内质量流率的波动幅度。优化结果表明:优化后熵增降低了17.7%,验证了所开发的紊流环境离散伴随场求解器的正确性和有效性。     

薄平板气动导数的数值计算

用基于一般曲线坐标系和交错网格的差分法求解原始变量二维不可压粘性流体的Ｎ－Ｓ方程,计算了宽高比为２２．５、两端圆滑的薄平板的气动导数．将薄平板当作刚性物体,首先分别计算物体做竖向强迫振动和扭转强迫振动的气动力,雷诺数取为１０５,物体运动和气流的耦合作用用动网格法考虑,Ｎ－Ｓ方程用二阶投影法和多重网格法求解．然后用最小二乘法确定Ｓｉｍｉｕ和Ｓｃａｎｌａｎ给出的气动力表达式中的８个气动导数．绝大部分气动导数的计算结果和Ｔｈｅｏｄｏｒｓｅｎ的理论值及实验值都十分吻合     

大跨度桥梁风场模拟过程探讨

分析了影响风场模拟的几个重要因素,根据风场模拟的影响因素和理论,简要介绍了风场模拟的过程和方法,为振动分析作了准备.     

基于两种湍流模型的桥梁颤振导数识别研究及比较

分析了标准k-ε模型和SST(Shear-Stress Transports)k-ω模型的模型特征和相关使用要求,并以它们为例数值识别了某大跨度桥梁断面的颤振导数.研究结果表明,基于合理的计算域和网格划分,这两种湍流模型均能较准确地识别桥梁断面的大部分颤振导数,但个别颤振导数识别上存在趋势性的差别,SSTk-ω模型在识别桥梁颤振导数上优越于标准k-ε模型.本文研究为合理选择湍流模型进行颤振导数识别提供了参考.     

薄板板气动导数的数值计算

用基于一般曲线坐标系和交错网格的差分法求解原始变量二维不可压粘性流体的Ｎ－Ｓ方程,计算了宽主经为２２．５、两端圆滑的薄平板的气动导数,将薄平析以当作刚性物体,首先分别计算物体做竖禹强迫振动和扭转强迫振动的气动力,雷诺数取为１０＾５,物体运动和气流的耦合作用用动网格法考虑,Ｎ－Ｓ方程用二阶投影法和多重钢格法求解,然后用最小二乘法确定Ｓｉｍｉｕ和Ｓｃａｎｌａｎ给出的气动力表达式中的８个气动导数,绝大部     

薄平板气动导数的数值仿真技术

提出了一种基于计算流体动力学方法计算流线型断面气动导数的数值模型．该模型以粘性不可压Navier—Stokes方程和有限体积法为基础,通过求解作强迫振动的断面绕流场,由得到的气动力时程得到断面的气动导数．利用该模型数值模拟了薄平板的气动导数,其仿真结果与薄平板气动导数风洞试验值、Theodorsen理想平板解析解的一致性,证明了本文方法的有效性．该数值方法可应用于桥梁断面颤振导数的识别．     

大跨度桥梁脉动风场的随机模拟

首先分析了一种宽域平稳随机过程的特性，然后基于频谱表达方法并利用Kaimal风谱函数的特性，提出了一种模拟桥梁脉动风场的高效率方法；证明了采用本方法模拟产生的脉动风场具有各态历经性，满足目标互相关函数；最后给出了一个计算示例。