安装固定气动翼板的大跨桥梁抖振分析

建立了安装固定气动翼板的大跨桥梁多模态耦合抖振分析框架，推演了作用在整个桥梁-气动翼板系统上的抖振力和自激力的显式表达式，考虑了多模态耦合效应．基于有限元法，作用在主梁-气动翼板系统上的抖振力转化为节点力，进一步得到作用在整个桥梁上的抖振力并导出了其功率谱密度矩阵；作用在主梁．气动翼板系统上的气弹自激力转化为节点力，并将其表达为气弹刚度矩阵和气弹阻尼矩阵．通过组集得到系统的运动方程，然后运用虚拟激励法在频域计算系统的抖振响应．以某大跨斜拉桥为例进行研究，结果表明：在主梁下方安装-对固定气动翼板后，主梁的扭转角位移、角加速度以及侧向加速度响应能够得到有效控制。     

基于虚拟激励法的大跨桥梁抖振内力分析

桥梁抖振内力分析是大跨桥梁抗风设计中的一项重要课题。目前，通常采用等效静风荷载的方法来计算桥梁抖振内力。本文将虚拟激励法应用到桥梁抖振内力分析中来，考虑多模态耦合效应，建立了直接应用随机振动方法计算桥梁抖振内力的快速算法。最后，以主跨为628m的某大跨斜拉桥为例进行了多模态耦合抖振内力分析，结果表明：高阶模态的参与将使主梁抖振内力增大，主梁抖振内力的峰因子介于3．4至4．0之间。     

基于首超破坏机制的大跨斜拉桥抖振动力可靠性分析

分别采用泊松分布和马尔可夫过程，给出了在一次强风作用下以及在设计基准期内桥梁结构某一特定截面或节点的抖振动力可靠性分析方法。然后，考虑斜拉桥的结构特点及其承受风荷栽的具体情况，确定了以斜拉桥的主梁系统为研究对象的结构体系抖振动力可靠性分析模型。在此基础上，采用串联失效模式，建立了斜拉桥主梁系统抖振动力可靠性分析过程。本文采用有限元法分析结构的空气静力响应。为了快速、准确地计算结构的抖振响应，考虑气弹力与抖振力的联合作用以及多模态耦合效应，采用有限元法和虚拟激励法相结合分析结构的抖振响应。最后，以某大跨斜拉桥为工程背景，对其主梁系统进行了基于刚度要求的抖振动力可靠性分析。     

雷诺数效应对翼型抖振特性的影响

飞行器抖振是一种非线性气动弹性问题,当飞行器进入抖振阶段时,将会对飞行器的性能产生严重影响。而在跨声速条件下,激波附面层相互作用会诱导机翼抖振。本文开展了跨声速条件下翼型抖振特性雷诺数效应的实验研究,揭示了翼型跨声速抖振起始迎角、激波运动前缘边界、频谱特性、抖振频率与雷诺数变化的基本规律。结论如下:雷诺数变化会导致抖振起始边界的改变,对抖振起始迎角下的功率谱密度峰值有明显影响;随着雷诺数的增大,激波运动的前缘后移。雷诺数变化对抖振频率有明显影响,随着马赫数增大,雷诺数效应增强。     

桥梁多模态耦合抖振控制方法研究

目前已证实调谐质量阻尼器(TM D)可以有效控制桥梁抖振响应,并已在工程中得到应用。然而,传统桥梁抖振被动控制理论是基于单模态叠加SRSS法,无法考虑多模态参与作用和模态间气动耦合效应,本文基于Scan lan多模态耦合抖振理论和多重调谐质量阻尼器(M TM D)被动控制理论,提出一种桥梁多模态耦合抖振M TM D控制方法,该方法可以考虑多模态参与作用、模态间气动耦合效应和单模态中各模态位移分量的气动耦合,且对各TM D在主梁上的安装位置没有任何限制。本文最后采用时域仿真方法对该方法进行了验证,两者计算结果吻合良好,表明本文所提出的方法的正确性。     

基于虚拟激励法的空间网格结构风致抖振响应分析

基于虚拟激励法理论,推导了空间网格结构的抖振响应计算公式,公式中自动包含了激励之间的非完全相关性、振型之间耦合项的贡献。根据虚拟激励法直接求解出位移均方根的特点,推导了适用于多振型参振的脉动风等效静力荷载及相应的荷载风振系数计算公式。在此基础上,利用Matlab编制了相应的计算程序,并进行了算例验证与分析。算例分析验证了本文理论及程序的正确性,也表明本文方法具有很高的计算效率。本文工作为进一步系统研究大跨网格结构的风振随机响应打下了良好的基础。     

大跨悬索桥抖振内力响应分析

基于虚拟激励法和有限元法,在频域建立了一种新的桥梁抖振内力响应分析的随机振动方法。该方法与传统随机振动方法相比具有如下两个特点:(1)单元抖振内力响应同时考虑了保留模态多模态耦合产生的动力效应和保留模态外高频模态产生的拟静力效应;(2)单元抖振内力响应同时考虑了单元杆端位移产生的单元杆端力和单元上分布荷载产生的单元固端力。以香港青马悬索桥为例,分析了保留模态多模态耦合产生的动力效应、高频模态拟静力效应、单元上分布荷载产生的单元固端力及主缆上的抖振荷载等因素对主梁抖振内力响应的贡献。结果表明:保留模态多模态耦合产生的动力效应对主梁抖振内力响应占据主导地位,高频模态拟静力效应、单元上分布荷载产生的单元固端力等因素对主梁抖振内力响应均有一定的影响,主缆上的抖振荷载对主梁侧向抖振内力响应有较大贡献。     

输电塔线体系风振响应频域分析的一种简化方法

为了研究脉动风引起的结构振动问题,以两塔三跨不等高输电塔线体系为工程背景,将瞬时风速与瞬时风压的脉动部分之间的关系简化为线性,采用 Davenport 谱得到了脉动风荷载的功率谱密度函数;通过振动方程得到了稳态频率响应函数;根据系统的输入输出关系求出了在物理坐标下输电塔线体系的位移响应谱密度矩阵,从而推导了输电塔线体系风振响应频域分析的简化方法;利用MATLAB编制频域分析程序,对塔线体系进行计算,并将此结果与采用ADINA计算所得结果进行了对比。结果表明：两者的跨中和塔中位移功率谱密度曲线分别在点（0.05,2000）和点（0.05,9×10-6）附近有个相同的峰值,两种方法的计算结果基本吻合,验证了本文推导的输电塔线体系风振响应频域分析的简化方法的正确性;此种方法在获得准确风振响应的同时可以提高求解的计算效率。     

结构横风向非平稳随机振动的矩分析

将双方向脉动风速引入到气动力中，从而得到结构横风向运动的非平稳随机振动方程．运用随机微分理论和矩方程理论，得到结构截面横风向运动时的一阶矩和二阶矩的微分方程．通过数值方法，得到结构截面横风向随机振动的时程曲线．通过研究不同地貌和不同方向脉动风速对结构响应的影响，得出脉动风速及其非线性耦合项对结构横向振动具有不可忽视的影响的结论。     

随机风场下高层结构振动隔震与TMD混合控制研究

针对风荷载作用下高层建筑结构振动控制问题,基于建筑隔震和调谐质量阻尼器振动控制原理,利用ANSYS软件分别建立高层结构带隔震层和带调谐质量阻尼器(TMD)的单一控制策略以及两者相结合的混合振动控制策略。根据Davenport脉动风速谱,采用自回归模型(AutoRegressive,AR)法,考虑竖向相关性、平稳的多变量随机过程以及它的互谱密度矩阵模拟生成具有随机性的脉动风速时程曲线和风速谱的功率谱密度,并用于20层钢结构Benchmark结构模型。系统比较三种振动控制策略在顺风向脉动风载作用下的控制效果,结果表明隔震与TMD混合振动控制方法可以有效地抑制结构风振响应,控制效果很好地弥补了单一振动控制的缺陷。本文方法可应用于大尺度高层结构振动控制中,实现高层建筑结构风振响应的可靠控制。     

Modeling vortex-shedding effects for the stochastic response of tall buildings in non-synoptic winds

This study derives a model for the vortex-induced vibration and the stochastic response of a tall building in strong non-synoptic wind regimes. The vortex-induced stochastic dynamics is obtained by combining turbulent-induced buffeting force, aeroelastic force and vortex-induced force. The governing equations of motion in non-synoptic winds account for the coupled motion with nonlinear aerodynamic damping and non-stationary wind loading. An engineering model, replicating the features of thunderstorm downbursts, is employed to simulate strong non-synoptic winds and non-stationary wind loading. This study also aims to examine the effectiveness of the wavelet-Galerkin (WG) approximation method to numerically solve the vortex-induced stochastic dynamics of a tall building with complex wind loading and coupled equations of motions. In the WG approximation method, the compactly supported Daubechies wavelets are used as orthonormal basis functions for the Galerkin projection, which transforms the time-dependent coupled, nonlinear, non-stationary stochastic dynamic equations into random algebraic equations in the wavelet space. An equivalent single-degree-of-freedom building model and a multi-degree-of-freedom model of the benchmark Commonwealth Advisory Aeronautical Research Council (CAARC) tall building are employed for the formulation and numerical analyses. Preliminary parametric investigations on the vortex-shedding effects and the stochastic dynamics of the two building models in non-synoptic downburst winds are discussed. The proposed WG approximation method proves to be very powerful and promising to approximately solve various cases of stochastic dynamics and the associated equations of motion accounting for vortex shedding effects, complex wind loads, coupling, nonlinearity and non-stationarity.     

Seismic behaviour of isolated multi-span continuous bridge to nonstationary random seismic excitation

This paper concentrates on the results of responses of a multi-span continuous bridge isolated with double concave friction pendulum bearings subjected to non-stationary random seismic excitation characterized by the incoherence, the wave-passage, and the site-response effects. The earthquake excitation is modelled as a non-stationary random process as uniformly modulated broad-band excitation. To perform the seismic isolation procedure, the double concave friction pendulum bearings which are sliding devices that utilize two spherical concave surfaces are placed at each of the six support points of the deck. The non-stationary response of the isolated bridge is compared with the corresponding stationary response in order to study the effects of non-stationary characteristics of the earthquake input motion. Solutions obtained from the stationary and non-stationary stochastic analyses for the isolated bridge to spatially varying earthquake ground motions are compared for the special cases of the earthquake ground motion model. The spatially varying earthquake ground motions are described stochastically based on an empirical coherency loss function and a filtered power spectral density function. The site effect is considered by a transfer function derived from one dimensional wave propagation theory. It is observed that the stationary assumption is reasonable for the considered ground motion duration.     

大跨度桥梁空间脉动风场的计算机模拟

针对现有Deodatis方法模拟大跨度桥梁空间脉动风场中存在的计算量问题,通过对谱分解矩阵引入插值近似,减少谱分解的次数,从而提高该谐波合成法的计算效率,并节省内存花费,实现了对三维空间脉动风场的有效模拟。改进方法模拟的脉动风速样本仍保持各态历经性,且逐渐收敛到目标功率谱。用改进的Deodatis方法模拟了润扬长江悬索桥桥面主梁上作用的纵向脉动风速。结果表明,该改进措施对Deodatis方法的应用效果非常明显,改进的Deodatis方法模拟脉动风速样本的相关函数与目标相关函数均吻合良好。尽管改进后的Deo-datis方法对谱分解矩阵采用了插值近似,但模拟的随机风速样本仍具有很好的精度。     

Direct Numerical Simulation of Statistically Stationary One- and Two-Phase Turbulent Combustion: A Turbulent Injection Procedure

A new turbulent injection procedure dedicated to fully compressible direct numerical simulation (DNS) or large eddy simulation (LES) solvers is proposed. To avoid the appearance of spurious acoustic waves, this method is based on an accurate tracking of the turbulent structures crossing the boundary at the inlet of the domain. A finite difference DNS solver has been coupled with a spectral simulation in which a statistically stationary homogeneous turbulence evolves to provide fluctuating boundary conditions.A new turbulence forcing method, dedicated to spectral solvers, has been developed as well to control the major properties of the injected flow (turbulent kinetic energy, dissipation rate and integral length scale). One-dimensional Navier–Stokes characteristic boundary conditions extended to non-stationary flows are coupled with the injection procedure to evaluate is potential in four various configurations: spatially decaying turbulence, dispersion of vaporizing sprays, propagation of one- and two-phase V-shape turbulent flames.     

随机风-浪一体化降维建模及风机结构可靠度研究

基于随机脉动风场和随机波浪力场的谱表示降维模拟方法,采用脉动风速Davenport谱与波浪P-M谱对风、浪谱参数进行一体化构造,并应用相同的基本随机变量来保障风、浪模拟的概率信息一致,实现了随机风-浪一体化降维建模。进一步,基于ANSYS有限元软件建立了近海风机塔架数值计算模型,并以顶点位移为指标,进行了三种工况下结构的动力可靠度分析。数值算例验证了随机风-浪一体化降维建模方法的有效性。结构动力分析结果表明,风荷载对风机塔架顶点位移响应的影响占主导地位,同时波浪荷载的作用亦不可忽略。此外,随机风-浪一体化降维方法生成的代表性样本概率信息完备,可与概率密度演化理论结合实现海工结构在风浪共同作用下的精细化动力响应及可靠度分析。     

桥梁滞变非线性随机地震响应分析

对于含有滞迟剪切型单元的复杂多自由度系统,采用Bouc—Wen微分方程模型描述非线性抗力构件的滞变特性。以虚拟激励法代替常规的Lyapunov方程法结合等效线性化技术对平稳随机激励下系统的动力响应进行求解,激励谱可为白谱或其他任意形式。不但计算效率高,而且不引入除等效线性化之外的附加误差。对不同周期单自由度体系以数值模拟法验证了算法精度。在此基础上,对一座四跨桥进行了线性／非线性分析对比,得到合理的结果。