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中南大学学报（自然科学版） 2023年第11期54卷 4472-4480页

作者：杨双月王汉封赵崇宇中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 曼彻斯特大学地球环境科学学院英国曼彻斯特M139PL

通过风洞实验,研究附属柔膜对宽厚比B/D=3的单自由度矩形柱体扭转颤振的控制效果。柔膜固定于矩形迎风侧两边缘,高度d=0.5D。在折减风速Ur=0~22条件下,测量有、无控制状态下的振幅、尾流频率和尾流结构等。研究结果表明:前沿柔膜能够显... 详细信息

通过风洞实验,研究附属柔膜对宽厚比B/D=3的单自由度矩形柱体扭转颤振的控制效果。柔膜固定于矩形迎风侧两边缘,高度d=0.5D。在折减风速Ur=0~22条件下,测量有、无控制状态下的振幅、尾流频率和尾流结构等。研究结果表明:前沿柔膜能够显著提高模型颤振临界风速,并大幅度减小颤振振幅。控制工况中,Ur=12.8时模型仍未起振,而柔膜已发生大幅拍动,并显著削弱了尾流中周期性涡脱。尽管控制工况中颤振振幅明显减小,但颤振发生后尾流主导频率仍锁定于结构固有频率,类似于无控制情况。颤振发生后,控制工况中拍动的柔膜仍能明显削弱模型尾流中的前缘涡,并减小流体对结构的气动力和做功,从而最终起到了抑制颤振的效果。

关键词：二维矩形柱扭转颤振柔膜 PIV实验相平均

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附属柔膜对矩形柱扭转颤振影响的实验研究

附属柔膜对矩形柱扭转颤振影响的实验研究

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作者：杨双月中南大学

学位级别：硕士

在实际工程中,由于来流风速的影响,很多原本被设计为刚接的结构会发生扭转颤振,从而带来破坏性后果。本文通过风洞实验,对不同风攻角下,宽厚比B/D=3的静止二维矩形柱的风压特性、尾流涡脱和流场结构进行了探究。并进一步探究了附属柔膜... 详细信息

在实际工程中,由于来流风速的影响,很多原本被设计为刚接的结构会发生扭转颤振,从而带来破坏性后果。本文通过风洞实验,对不同风攻角下,宽厚比B/D=3的静止二维矩形柱的风压特性、尾流涡脱和流场结构进行了探究。并进一步探究了附属柔膜对宽厚比B/D=3的二维单自由度矩形柱体扭转颤振的控制效果。柔膜固定于矩形柱迎风侧两边缘,高度d=0.5D。在折减风速U=0～22条件下,测量了有、无控制状态下的振幅、尾流频率和尾流结构等。通过实验,得出以下结论:(1)对于静止矩形柱,随着风攻角的增大,矩形柱中间截面平均风压系数分布发生变化,尾流主导涡脱频率逐渐减小,尾缘下游产生二次反向旋转涡,沿表面向下对流,尾涡尺寸也不断增大。当风攻角增加至90°时,流动在迎风面中点处发生分离,模型尾部卷起两个对称的旋涡。在模型尾缘附近下游,随着流体向下游流动,旋涡的大小和强度也随之增大。(2)对于无控制矩形柱,当其处于静止状态,且来流速度相对较小时,尾流旋涡脱落频率随着风速的增大而增大,尾缘下游出现规则的卡门涡街,且涡街宽度相对较窄。当风速增大至临界值时,矩形柱发生扭转颤振,尾流涡脱主导频率锁定于结构固有频率。并且,扭转颤振振幅随风速的增大而增大。当振幅增大至一定值后保持不变,此时风速对振幅不再产生影响。矩形柱扭转颤振角位移以正弦函数形式不断周期性变化,不管模型迎风面两侧是否布置柔膜结构,矩形柱发生扭转颤振运动后都不会发散。(3)矩形柱扭转颤振过程中的瞬时扭矩与其角位移的相平面关系会出现正、负滞后现象。这与结构和流体之间的能量交换有关。当瞬时扭矩正滞后于扭转颤振角位移时,结构从流体获取能量;当瞬时扭矩负滞后于角位移时,结构向流体中释放能量。(4)前沿柔膜结构能够使矩形柱颤振临界风速提高76.8%左右,并大幅减小矩形柱的扭转颤振振幅,U=20.0时的最大振幅减小约40.8%。矩形柱还未发生扭转颤振时,对于附加柔膜的控制工况,当柔膜处于顺流向弯曲状态时,尾流涡脱主频随U线性增大,与无控制工况相比,两侧脱落旋涡的间距增大,涡街宽度也明显变大,导致控制工况下扭转颤振发生前St数的减小;当柔膜拍动后,显著削弱了尾流中周期性涡脱;扭转颤振发生后,尾流主频被锁定于固有频率,与无控制工况类似。(5)尾流相平均结果显示,扭转颤振发生后,控制工况中拍动的柔膜仍能明显削弱模型尾流中的前缘分离涡,并显著减小流体对结构的做功,从而起到了抑制扭转颤振的效果,最终反映为同一来流速度下,矩形柱扭转颤振振幅减小。图80幅,表1个,参考文献97篇

关键词：二维矩形柱扭转颤振柔膜 PIV实验相平均

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Improvement of aerodynamic stability of suspension bridges with H-shaped simplified stiffening girder

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Frontiers of Structural and Civil Engineering 2016年第1期10卷 93-102页

作者： Hiroshi KATSUCHI Hitoshi YAMADA Mayuko NISHIO Yoko OKAZAKI Department of Civil Engineering Yokohama National University Yokohama 240-8501 Japan

简化暂停桥 girder 结构的空气动力学的稳定性的改进上的风隧道学习与使用一个 1/40-scaled 节模型被进行。学习的目的是有 5001,000 m 中心跨度长度的一座经济地优异的暂停桥的发展。风隧道测试证明边系结类型十字节展出了大振幅扭力... 详细信息

简化暂停桥 girder 结构的空气动力学的稳定性的改进上的风隧道学习与使用一个 1/40-scaled 节模型被进行。学习的目的是有 5001,000 m 中心跨度长度的一座经济地优异的暂停桥的发展。风隧道测试证明边系结类型十字节展出了大振幅扭力的导致旋涡的颤动象一样扭力以低风速度拍翅。因此，开的栅栏甲板的空气动力学的反措施和三角形的 faring，和中心停留，斜 bracing 和集体增加的结构的反措施被试试改进空气动力学的稳定性。最后，到一座照原尺寸的桥的最好的联合的可行性被结构的分析检验。

关键词：空气动力稳定性悬索桥加劲梁气动稳定性 H型主梁结构扭转颤振风洞试验

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