基于浮框式三節(jié)段模型的矩形斷面渦激力參數(shù)識(shí)別研究.pdf

1、氣流流經(jīng)某些斷面結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)發(fā)生流動(dòng)分離并產(chǎn)生周期性漩渦脫落現(xiàn)象，漩渦脫落的頻率與風(fēng)速的關(guān)系可以用斯托洛哈數(shù)來(lái)表示，當(dāng)渦脫頻率和結(jié)構(gòu)的某階頻率相等或相近時(shí)，結(jié)構(gòu)將發(fā)生渦激振動(dòng)。渦激振動(dòng)是一種帶有自激和強(qiáng)迫性質(zhì)的振動(dòng)，限幅、發(fā)生風(fēng)速低是渦激振動(dòng)的特點(diǎn)。雖然渦激振動(dòng)不是毀滅性風(fēng)致振動(dòng)，但其周期性的振動(dòng)不僅會(huì)影響行車行人舒適性，還會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞損傷。大跨度橋梁具有質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)柔、阻尼比低的特點(diǎn)，在低風(fēng)速下很容易發(fā)生渦激振動(dòng)。然而，目前渦激振動(dòng)的發(fā)

2、生機(jī)理尚未被完全認(rèn)識(shí)，至今仍未建立起完美描述渦激振動(dòng)的方程。渦激力作為渦激振動(dòng)發(fā)生時(shí)的重要研究數(shù)據(jù)，現(xiàn)有研究很少直接測(cè)試渦激力，大多通過(guò)位移響應(yīng)和參數(shù)識(shí)別間接得到。鑒于此，本文以自主開發(fā)的三節(jié)段測(cè)力測(cè)振模型為研究對(duì)象，測(cè)試得到渦振發(fā)生時(shí)作用在模型上的渦激力，并對(duì)所測(cè)渦激力進(jìn)行分析，探索渦激響應(yīng)機(jī)理。主要內(nèi)容如下:
　　(1)基于ANSYS有限元軟件對(duì)浮框式三節(jié)段模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定支撐框、懸浮框、消擾構(gòu)件的幾何尺寸，得到最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)

3、。同時(shí)，對(duì)模型進(jìn)行模態(tài)分析，得到模型的各階模態(tài)頻率，確保在后續(xù)風(fēng)洞試驗(yàn)研究中不出現(xiàn)局部振動(dòng)的現(xiàn)象。
　　(2)在均勻流場(chǎng)中對(duì)節(jié)段模型進(jìn)行自由懸掛試驗(yàn)，測(cè)試得到懸浮段在渦激振動(dòng)發(fā)生時(shí)的位移、加速度響應(yīng)時(shí)程和動(dòng)態(tài)合力時(shí)程。對(duì)模型受力分析后提取出渦激力。為評(píng)價(jià)所測(cè)渦激力的測(cè)試精度，將基于平均加速度法算得的位移響應(yīng)時(shí)程與實(shí)測(cè)位移響應(yīng)時(shí)程進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，計(jì)算和實(shí)測(cè)位移時(shí)程曲線吻合良好。與此同時(shí)，對(duì)各風(fēng)速下的渦激振幅進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到寬高比為

4、6的矩形斷面的渦振鎖定區(qū)間。
　　(3)在均勻流場(chǎng)中對(duì)節(jié)段模型進(jìn)行強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)。分別測(cè)試得到強(qiáng)迫振動(dòng)時(shí)有風(fēng)和無(wú)風(fēng)條件下作用在模型上的動(dòng)態(tài)合力，兩動(dòng)態(tài)合力相減即得到作用在模型上的氣動(dòng)力。比較強(qiáng)迫振動(dòng)和自由懸掛狀態(tài)下氣動(dòng)力的大小，發(fā)現(xiàn)前者要大一些。
　　(4)分別根據(jù)振動(dòng)響應(yīng)時(shí)程和渦激力時(shí)程對(duì)Scanlan經(jīng)驗(yàn)線性模型、Scanlan經(jīng)驗(yàn)非線性模型進(jìn)行參數(shù)識(shí)別，比較兩種方法識(shí)別參數(shù)的精度后發(fā)現(xiàn)基于渦激力時(shí)程方法的識(shí)別精度更高。<