H形截面结构非线性自激气动力及驰振特性研究

发布时间：2023-03-29 18:21

　　钝体的自激气动力表现出很明显的非线性,且其易引发横风向和扭转驰振。本文着重利用试验研究三种长宽比H形截面模型的驰振特性以及利用CFD研究其非线性自激气动力特性,提出了有风攻角的驰振计算方法和驰振的能量分析方法,并且利用能量方法解释了单自由度扭转自激振动试验中所观察到的现象。本文的主要工作包括：1、利用CFD探究了H形截面非线性自激气动力的特征。发现：涡激力有可能会被某阶自激气动力所“捕获”,而导致此阶自激气动力振幅突然增大；非线性自激气动力的振幅随着风速的增大有逐渐增大的趋势,而初相位角随着风速的增大并未表现出明显的规律。2、推导了有风攻角的横风向驰振计算方法,包括临界风速计算和振幅计算。关于临界风速,以方柱、正三角形柱和H形柱为例,发现在较小的风攻角之下本文计算方法和Den-Hartog公式很接近,而在较大的风攻角之下两者相差较大；关于振幅,以H形截面模型为例,发现理论计算和试验非常接近,证实了本文计算方法的正确性。3、自主研制了单自由度扭转自激振动试验设备,利用该设备开展了H形柱扭转自激振动试验。发现长宽比为4.72：1和2.5：1的H形截面模型在一定的风速之下需要足够的初始扰动才...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 桥梁线性自激气动力和颤振
        1.1.1 Theodorsen薄平板自激气动力
        1.1.2 Scanlan自激气动力模型
        1.1.3 其他线性自激气动力模型
    1.2 桥梁非线性自激气动力研究概况
        1.2.1 非线性自激气动力模型
        1.2.2 非线性自激气动力参数识别
    1.3 钝体断面自激气动力和驰振
        1.3.1 钝体断面自激气动力特性
        1.3.2 横风向驰振计算方法
        1.3.3 扭转驰振研究及其理论计算方法
        1.3.4 驰振的能量分析方法
    1.4 CFD在钝体断面静力和自激气动力研究中的应用
        1.4.1 定常流动及静力三分力计算
        1.4.2 非定常气动力及流固耦合计算
    1.5 本文的研究背景和主要内容
        1.5.1 横风向驰振计算存在的问题
        1.5.2 能量方法分析驰振的完善
        1.5.3 论文的主要工作
第2章 基于CFD的H形截面自激气动力特性研究
    2.1 计算网格划分及相关参数选取
        2.1.1 截面选取
        2.1.2 计算域及算法设置
        2.1.3 网格划分
    2.2 计算工况及计算结果
        2.2.1 工况选择
        2.2.2 强迫振动结果
    2.3 自激气动力的基本特征
        2.3.1 自激气动力中线性部分特征
        2.3.2 自激气动力的非线性特征
        2.3.3 自激气动力中涡激力特征
        2.3.4 自激气动力的记忆效应
    2.4 本章小结
第3章 钝体结构横风向驰振特性研究
    3.1 有风攻角的横风向驰振计算方法
        3.1.1 驰振临界风速计算方法
        3.1.2 驰振振幅计算方法
    3.2 H形截面模型有风攻角的横风向驰振试验
    3.3 驰振振幅计算与实验结果对比
    3.4 本章小结
第4章 单自由度扭转自激振动试验与能量分析研究
    4.1 扭转自激振动试验研究
        4.1.1 单自由度扭转振动装置
        4.1.2 单自由度扭转振动研究
    4.2 基于强迫振动的驰振能量分析
    4.3 基于CFD的扭转自由振动与能量分析
        4.3.1 基于龙格库塔算法的流固耦合自由振动
        4.3.2 基于CFD的单自由度扭转自由振动
        4.3.3 基于自由振动的驰振能量分析
    4.4 扭转驰振理论计算方法探究
    4.5 本章小结
结论与展望
致谢
参考文献



本文编号：3774244