主动控制翼板抑制悬索桥颤振的研究

主动控制翼板是一种新型桥梁气动措施。本文基于非定常气动力理论，推演了安装主动控制翼板后作用在整个桥梁主梁单位长度上气动力表达式，从增加系统扭转阻尼的角度，研究了翼板主动扭转振动参数的选取。在此基础上，对某大跨悬索桥方案进行了二自由度颤振分析，结果表明：合理选取翼板的主动扭转振动参数，主动控制翼板能够有效地提高该桥的颤振稳定性。     

大跨度悬索桥钢箱加劲梁中央开槽的颤振控制机理

针对近流线型的闭口钢箱梁这种大跨悬索桥常用的加劲梁断面形式,采用风洞试验与理论分析相结合的方法研究不同宽度中央开槽的颤振控制作用与颤振控制机理.通过对原型断面和5种槽宽开槽断面(开槽宽度分别为原型断面宽度的20%、40%、60%、80%和100%)的试验研究表明,适当宽度的中央开槽可以较大幅度的提高颤振临界风速,但槽宽并非越宽越好,而是存在一个"最优槽宽".采用二维三自由度耦合颤振分析方法从气动阻尼和颤振形态矢量两方面对中央开槽的颤振控制机理进行理论研究,结果表明,适当宽度的中央开槽可以改善气动阻尼的形成和发展规律,并提高颤振发生时竖弯自由度的参与程度和扭弯耦合程度,从而增强结构的颤振稳定性能.     

基于MTMD的大跨度人行悬索桥人致振动控制

大跨度人行悬索桥柔度大且阻尼小,易在人群荷载激励下产生过大振动,导致舒适度不满足规范要求.对于此类结构,需要采取有效减振措施控制其动力响应.本文介绍了多重调谐质量阻尼器(MTMD)对主跨600 m人行悬索桥的人致振动控制性能.利用有限元软件建立了某大跨度人行悬索桥模型,以德国EN03规范为计算依据,计算了悬索桥的人致振...     

主动约束层阻尼对超声速梁结构颤振特性的影响

本文采用主动约束层阻尼技术研究超声速梁的颤振特性,利用Hamilton原理和假设模态方法建立结构的运动方程,采用活塞理论模拟超声速梁的气动压力,采用速度负反馈控制获得主动阻尼,求解本征值问题得到复特征值,进而得到结构的固有频率和损耗因子.计算结构的固有频率随无量纲气动压力的变化曲线,得到颤振点,分析了主动阻尼和被动阻尼对颤振速度的影响.计算结果表明主动阻尼可以影响梁的气动弹性特性,并增大超声速梁的颤振速度.本文研究结果对超声速飞行器结构的颤振分析和气动设计具有重要意义.     

2011-2封面图片说明

位于我国浙江舟山的西堠门大桥: 该桥主跨跨径1~650 m,是目前世界上最大跨度的钢箱梁悬索桥. 由于舟山地区台风频发,为保证西堠门大桥的颤振稳定性, 大桥采用了分体式双箱断面钢箱梁,是以中央开槽技术解决大跨径悬索桥颤振稳定性问题的首次实践.其颤振临界风速达到88 m/s, 这就意味着,17级超强台风下西堠门大桥也能安然无恙.详见郭增伟、葛耀君、张冠华文(p123).      

基于主动控制策略的机翼颤振特性模拟

航空航天飞行器舵翼类结构的气动颤振是一种灾难性的动力学行为.在基于偶极子理论的气动弹性动力学模型中,气动载荷可表达为基于结构动力学响应的一种状态反馈的闭环控制力,控制律取决于翼型的几何参数、材料参数、结构动力学特性以及来流速度等多种条件,通常需通过实际飞行或风洞实验进行辨识与检验.在实验室条件下,以系统动力学响应的模态特征等效为前提,提出了一种基于人工主动控制的方式进行气动载荷下舵翼类结构自激颤振的特征值跟踪策略.建立并讨论了等效系统的非自伴随动力学微分方程及其特征方程的求解过程,并与通用软件的计算结果进行了对比,二者具有较好的一致性.通过优化搜索分别获得了位移和速度的最优反馈点、最优作动点位置及最优反馈增益系数,经对比计算拟合得到风速–位移增益曲线和风速–速度增益曲线,从而实现了由单点反馈、单点作动的集中力的闭环控制等效系统的真实气动力分布控制.仿真算例表明,由此预示的实验过程无需辨识和重构非定常气动力的时域波形,无需其他干预即可实现地面模拟实验,主动控制的效果满足预期,初步实现了自激颤振的特征值跟踪,为进一步推动主动控制模拟实验及颤振参数辨识提供了基础.     

基于主动控制策略的机翼颤振特性模拟

航空航天飞行器舵翼类结构的气动颤振是一种灾难性的动力学行为.在基于偶极子理论的气动弹性动力学模型中,气动载荷可表达为基于结构动力学响应的一种状态反馈的闭环控制力,控制律取决于翼型的几何参数、材料参数、结构动力学特性以及来流速度等多种条件,通常需通过实际飞行或风洞实验进行辨识与检验.在实验室条件下,以系统动力学响应的模态特征等效为前提,提出了一种基于人工主动控制的方式进行气动载荷下舵翼类结构自激颤振的特征值跟踪策略.建立并讨论了等效系统的非自伴随动力学微分方程及其特征方程的求解过程,并与通用软件的计算结果进行了对比,二者具有较好的一致性.通过优化搜索分别获得了位移和速度的最优反馈点、最优作动点位置及最优反馈增益系数,经对比计算拟合得到风速-位移增益曲线和风速-速度增益曲线,从而实现了由单点反馈、单点作动的集中力的闭环控制等效系统的真实气动力分布控制.仿真算例表明,由此预示的实验过程无需辨识和重构非定常气动力的时域波形,无需其他干预即可实现地面模拟实验,主动控制的效果满足预期,初步实现了自激颤振的特征值跟踪,为进一步推动主动控制模拟实验及颤振参数辨识提供了基础.      

主动格栅紊流场对典型主梁颤振导数影响的研究

为研究紊流积分尺度对桥梁颤振导数的影响,选取了理想平板、流线型箱梁以及高宽比1∶6矩形断面三种气动外形渐变的典型断面,采用主动格栅模拟了二维大积分尺度紊流场,利用强迫振动装置测试了主动格栅紊流场中三种断面节段模型的颤振导数,并与均匀流场试验值进行了对比。试验结果表明,紊流积分尺度对颤振导数的影响随断面钝化逐渐减弱;主动格栅二维紊流对流线型断面颤振导数影响较小,无明显趋势性变化;对钝体矩形断面影响显著,并且随折减风速增加而加剧,其气动阻尼项导数由正向负衰减显著,有利于改善结构颤振性能。     

大跨度桥梁多模态耦合颤振的TMD控制

推导了装有TMD的结构在气动自激力作用下的动力微分方程,基于模态空间中多模态耦合颤振分析手段,运用考虑安装TMD的多模态自动分析法对结构-TMD系统进行了颤振分析和TMD控制分析,使多模态自动分析法能适用于TMD颤振控制分析,避免了双参数搜索和迭代计算,提高了计算效率。对某在建三塔悬索桥进行了原结构颤振分析和TMD-结构颤振频域分析,探讨TMD控制参数对颤振临界风速的影响。     

叶轮机械叶片颤振研究的进展与评述

颤振一类气动弹性稳定性问题是叶轮机械设计者关心的主要问题之一. 本文对叶轮机械叶片颤振模型研究的进展进行了回顾, 包括非定常气动模型、结构模型以及颤振的预测方法等内容. 通过对颤振模型研究的介绍, 讨论了不同方法处理颤振这类气动弹性稳定性问题的优缺点. 提出了关于颤振研究目前的不足和部分难点, 认为流固耦合模型的研究值得进一步重点关注.      

大跨径悬索桥空气静力和动力分析的影响因素研究

随着悬索桥跨径的增大,缆索直径以及作用在其上的风荷载、风与结构相互作用的非线性效应以及风速空间分布的非均匀性都将显著增强。以润扬长江大桥为背景,进行了缆索风荷载、风与结构相互作用的非线性效应以及风速空间非均匀分布等因素对大跨径悬索桥空气静力和动力特性影响的数值分析。分析结果表明:这些因素对大跨径悬索桥空气静力特性的影响比较大;但是对于空气动力稳定性而言,风与结构相互作用的非线性效应的影响比较显著,而其它两个因素则基本没有影响。     

大跨径斜拉—悬索协作体系桥动力分析

斜拉-悬索协作体系桥作为一种新的超大跨径桥型，综合了悬索桥和斜拉桥的特点，国内外对这种桥型的研究尚少。本文根据空间有限元计算模型，对伶仃东航道斜拉-悬索协作体系桥设计方案进行了模态分析，分析了斜拉-悬吊协作体系桥的固有特性，讨论了不同主梁纵向约束方式和辅助墩的设置情况的影响，为此类桥型结构的动力性能分析提供了有价值的参考。     

架设阶段悬索桥静力问题的随机有限元分析

架设阶段的悬索桥不仅具有显著的几何非线性行为，而且存在材料特性的变异。本文建立了以增量形式表达的非线性摄动法随机有限元列式，并编制了悬索桥静力分析程序ＳＮＡＰ。针对一座国内在建的悬索桥，计算了该桥在某一施工阶段考虑缆索弹性模量随机性时主梁跨中点位移的变化。结果表明，材料随机性的影响十分明显。     

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。     

Numerical Fluid Flow Analysis for Aerodynamic Response Characteristics of Tandem Circular Cylinders

The aerodynamic characteristics of tandem cables of cable-stayed bridges have become an increasingly serious problem with increments in span length. In order to reduce the construction cost and maintenance of cables, tandem cables have been adopted for cable-stayed bridges. These cables, however, have aerodynamic response characteristics such as wake-galloping. Therefore, a method to suppress wake-galloping in tandem cables is required. The purpose of this study is to investigate the characteristics of the wake-galloping phenomenon of tandem cables of cable-stayed bridges using numerical fluid flow analysis. The flow around the oscillating tandem circular cylinders modeled on tandem cables is calculated. The flow field is treated as an incompressible viscous flow. The Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method is employed to solve the flow field around the cylinders, and the three-step Taylor-Galerkin method, which is based on a fractional step finite element method, is adopted for discretization.     

斜拉桥主梁振动对拉索阻尼器减振效果的影响

应用拉索索端阻尼器是大跨度斜拉桥拉索减振的主要措施之一. 将主梁、索与阻尼器组合起来作为一个振动体系,通过理论分析与试验研究相结合的方法初步研究了主梁振动对拉索附加阻尼器减振效果的影响. 建立了由索、梁和Kelvin阻尼器组成的简化理论模型; 设计了索、梁和阻尼器组合系统的简化力学试验模型; 详细研究了主梁振动对拉索附加阻尼器减振效果的影响. 理论与试验分析结果表明: 对于容易发生索、梁耦合振动的拉索,主梁振动明显降低拉索附加阻尼器的减振效果;在大跨度斜拉桥拉索的减振设计中,需考虑主梁参与振动的影响.