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气动阻尼及地震强度对风力机动力学特性影响研究

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工程热物理学报 2017年第12期38卷 2588-2594页

作者：杨阳李春张万福刘中胜邹锦华上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

为研究风力机在湍流风与地震联合作用下的动力学特性,本文基于开源软件FAST和Wolf理论建立风力机地震动力学仿真模型.通过考虑正常运行、一直停机和地震诱导停机三种不同的运行方式,以及150种不同强度地震运动,从而分析气动阻尼及地震... 详细信息

为研究风力机在湍流风与地震联合作用下的动力学特性,本文基于开源软件FAST和Wolf理论建立风力机地震动力学仿真模型.通过考虑正常运行、一直停机和地震诱导停机三种不同的运行方式,以及150种不同强度地震运动,从而分析气动阻尼及地震强度对结构响应的影响。结果表明:塔顶位移在低强度地震工况受气动阻尼影响较大,此时结构变形量是造成塔顶位移发生变化的主要原因。塔顶振动加速度最大值及塔顶最大位移与设计地震加速度峰值之间均为明显的线性关系,且与系统地震响应系数成正比。基于地震响应系数提出了一种非线性的地震载荷预估模型,通过与相关认证机构提出的标准比较,发现本文提出的模型预估精度更高,可更精确地反映地震强度与风力机结构动力学响应之间的关系。本文结果可为相关标准的完善提供较高的参考价值。

关键词：风力机气动阻尼地震强度动力学特性

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索膜结构风致流固耦合气动阻尼效应研究

振动与冲击 2013年第6期32卷 47-53页

作者：卢旦楼文娟杨毅华东建筑设计院有限公司上海200041 浙江大学土木工程学院杭州310027 中国中铁二院工程集团有限责任公司成都610017

根据三角形重心坐标系原理提出了基于松耦合计算的流固耦合网格协调插值新方法,提高了流固耦合的计算效率;为解决由于柔性结构加速度过大而导致的求解不稳定问题,通过在1个时间步上进行流体及结构间反复交替求解来得到稳定的时程解。应... 详细信息

根据三角形重心坐标系原理提出了基于松耦合计算的流固耦合网格协调插值新方法,提高了流固耦合的计算效率;为解决由于柔性结构加速度过大而导致的求解不稳定问题,通过在1个时间步上进行流体及结构间反复交替求解来得到稳定的时程解。应用上述方法对一柔性平屋盖结构进行风振响应的数值模拟计算,通过与风洞试验的对比验证了计算结果的可靠性,并较全面地再现结构在风作用下的实际行为。在此基础上,联合采用经验模态分解法(EMD),随机减量法(RDT)和希尔伯特变换法(HT)从结构的动力响应时程数据中提取到了结构的气动阻尼特性信息。分析结果表明,气动阻尼在柔性结构的风振响应中作用不容忽视,主要表现为:四周封闭建筑的阻尼比远小于迎风面开孔建筑的阻尼比,且四周封闭状态下气动阻尼随风速变化小,其对总阻尼的影响较小;而迎风面开孔状态下气动阻尼较大且随风速的增大而增大。因此,对于柔性且阻尼较小的结构,特别对于开孔结构,气动阻尼的影响不可忽略。

关键词：柔性结构流固耦合高阶连续动力响应气动阻尼

长宽比2∶1矩形截面高层建筑全风向气动阻尼试验研究

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建筑结构学报 2017年第2期38卷 151-157页

作者：李寿英黄彬洋黄帅李寿科湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室湖南长沙410082 湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201

由于高层建筑阻尼小、频率低,易在风荷载作用下发生明显的气动弹性效应,出现不可忽略的气动负阻尼比。为此,考虑高层建筑的一阶线性弯曲模态,制作了长宽比2∶1的矩形截面高层建筑的单自由度气动弹性模型,模型比例1/600。进行了全风向下... 详细信息

由于高层建筑阻尼小、频率低,易在风荷载作用下发生明显的气动弹性效应,出现不可忽略的气动负阻尼比。为此,考虑高层建筑的一阶线性弯曲模态,制作了长宽比2∶1的矩形截面高层建筑的单自由度气动弹性模型,模型比例1/600。进行了全风向下气弹模型风洞试验,每个风向测量了10个试验风速下的建筑顶部加速度响应,并采用随机减量方法,对矩形截面高层建筑气动阻尼比进行识别。研究结果表明:对于长宽比2∶1的矩形截面高层建筑,强轴方向的风致加速度响应远大于弱轴方向;两个主轴方向的顺风向气动阻尼比均为正值,但强轴方向的横风向气动阻尼比为负值,无量纲临界风速约为5.5;仅采用横风向气动阻尼比结果,可以很好地反映全风向的气动阻尼特性。

关键词：高层建筑全风向矩形截面风洞试验气动阻尼

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考虑气动阻尼的浮式风机频域响应分析

湖南大学学报（自然科学版） 2017年第1期44卷 1-8页

作者：邓露黄民希肖志颖宋晓萍吴海涛湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 湘电风能有限公司湖南湘潭411102

分析了气动阻尼对浮式风机频域响应的影响.选取美国可再生能源实验室(NREL)提出的5兆瓦(MW)浮式风机模型作为算例,利用气动阻尼计算方法建立气动阻尼矩阵,再基于三维势流理论计算浮式平台的水动力系数,并将系泊系统视为线性弹簧以考虑... 详细信息

分析了气动阻尼对浮式风机频域响应的影响.选取美国可再生能源实验室(NREL)提出的5兆瓦(MW)浮式风机模型作为算例,利用气动阻尼计算方法建立气动阻尼矩阵,再基于三维势流理论计算浮式平台的水动力系数,并将系泊系统视为线性弹簧以考虑其刚度,最后在频域内分别建立并求解考虑与不考虑气动阻尼两种情况下的浮式风机刚体运动方程.利用求解频域方程得到的幅频响应算子(response amplitude operators,RAOs)及结合JONSWAP海浪谱得到的响应谱,在频域内分析了气动阻尼对浮式风机刚体运动的影响.结果表明:作业工况下气动阻尼能有效地降低纵荡和纵摇运动RAOs的峰值,且能在一定范围内减小对应自由度上响应谱的幅值和零阶矩.

关键词：海上风机频域分析气动阻尼幅频响应算子响应谱

方形截面超高层建筑全风向气动阻尼的试验研究

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湖南大学学报（自然科学版） 2015年第7期42卷 9-15页

作者：李寿英肖春云范永钢陈政清湖南大学风工程试验研究中心湖南长沙410082

超高层建筑质量小、阻尼低,极易在设计风速下产生明显的气动弹性效应,出现明显的气动阻尼.考虑一阶线性弯曲模态,制作了方形截面超高层建筑的单自由度气动弹性模型,高宽比8∶1,模型比例1∶600,进行风洞试验测量了各风速下建筑顶部的加... 详细信息

超高层建筑质量小、阻尼低,极易在设计风速下产生明显的气动弹性效应,出现明显的气动阻尼.考虑一阶线性弯曲模态,制作了方形截面超高层建筑的单自由度气动弹性模型,高宽比8∶1,模型比例1∶600,进行风洞试验测量了各风速下建筑顶部的加速度响应,采用随机减量方法对全风向下方形截面超高层建筑的气动阻尼进行识别.其中,顺风向和横风向的气动阻尼结果与文献结果趋势吻合良好.研究结果表明：当风向角在84°~90°范围内时（90°为横风向）,气动阻尼特性与横风向结果趋势一致;当风向角在0°~12°范围内时（0°为顺风向）,气动阻尼特性与顺风向结果趋势一致;在某些特定的风向角下（例如16.5°）,临界风速降低,气动负阻尼的起始风速也降低.

关键词：超高层建筑气动阻尼风洞试验全风向方形截面

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一类准方形截面超高层建筑顺风向气动阻尼

振动与冲击 2012年第22期31卷 84-89页

作者：曹会兰全涌顾明同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

利用随机减量法从湍流风场下10个高层建筑气动弹性模型的风致加速度响应中识别气动阻尼,通过与已有研究成果及基于准定常理论计算结果比较,验证识别结果的正确性。在此基础上,研究方形截面超高层建筑四个角沿不同尺寸的削角、凹角处理... 详细信息

利用随机减量法从湍流风场下10个高层建筑气动弹性模型的风致加速度响应中识别气动阻尼,通过与已有研究成果及基于准定常理论计算结果比较,验证识别结果的正确性。在此基础上,研究方形截面超高层建筑四个角沿不同尺寸的削角、凹角处理及截面沿高收缩率对作用在建筑上的气动阻尼比影响。研究结果发现:气动阻尼比随截面削角率、凹角率及截面沿高收缩率的增大而增大;较小的截面削角率和凹角率使顺风向气动阻尼比显著减小;但截面削角率、凹角率及截面沿高收缩率对超高层建筑气动效应的减小效应并非总有效。基于方形截面超高层建筑顺风向气动阻尼特性研究,结合截面修角及沿高收缩率影响,给出相应的经验公式,供工程设计人员参考。

关键词：超高层建筑风致振动气动阻尼气动弹性模型风洞试验

大跨度单层柔性光伏支架结构气动阻尼的试验研究

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振动与冲击 2024年第10期43卷 21-29页

作者：徐海巍李俊龙何旭辉杜航丁焜炀楼文娟浙江大学建筑工程学院杭州310058 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司杭州311122 中南大学土木工程学院长沙410075

大跨光伏支架结构轻柔,在风荷载作用下易产生显著气动效应。为研究该类结构的气动阻尼特征,对不同风速和张力工况下两种典型倾角(0°和10°)的大跨度柔性光伏支架结构开展气弹风洞试验。基于气弹模型风洞试验结果,分别利用经验小波变换(... 详细信息

大跨光伏支架结构轻柔,在风荷载作用下易产生显著气动效应。为研究该类结构的气动阻尼特征,对不同风速和张力工况下两种典型倾角(0°和10°)的大跨度柔性光伏支架结构开展气弹风洞试验。基于气弹模型风洞试验结果,分别利用经验小波变换(empirical wavelet transform,EWT)和变分模态分解(variational modal decomposition,VMD)结合改进的随机减量方法(random decrement technique,RDT)识别得到了柔性光伏支架结构在不同风速风向、组件倾角和拉索预张力下的气动阻尼比。研究结果表明,气动阻尼对风向角的变化较为敏感。当组件倾斜铺设时(10°倾角),大跨光伏结构气动阻尼在180°迎风向时会出现负值。张力增加可能导致高风速下平铺组件的气动阻尼比显著降低。气动阻尼比随风速的增加整体呈减小趋势,低风速下基本为正值,而高风速下可能出现负气动阻尼。不同方法识别出的气动阻尼比结果存在一定的差异,但反映出的气动阻尼的变化特征具有一致性。

关键词：变分模态分解(VMD) 经验小波变换(EWT) 气弹试验气动阻尼柔性光伏支架结构

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栅距非谐对跨声速压气机转子气动阻尼的影响

推进技术 2017年第1期38卷 94-102页

作者：杨晓东侯安平李漫露刘马成北京机电工程研究所北京100074 北京航空航天大学能源与动力工程学院/航空发动机气动热力国家重点实验室北京100191 中航空天发动机研究院有限公司北京101304

为了提高跨声速压气机的气动弹性稳定性,针对跨声速颤振实验转子提出了栅距交替非谐布局方案,基于能量法建立了其全周气动阻尼计算模型,数值研究了栅距非谐对气动阻尼的影响。计算了谐调转子的气动性能、颤振边界和叶片模态,其结果和实... 详细信息

为了提高跨声速压气机的气动弹性稳定性,针对跨声速颤振实验转子提出了栅距交替非谐布局方案,基于能量法建立了其全周气动阻尼计算模型,数值研究了栅距非谐对气动阻尼的影响。计算了谐调转子的气动性能、颤振边界和叶片模态,其结果和实验数据吻合较好,比较了谐调及非谐转子气动性能,发现栅距非谐会造成转子气动性能有所降低,随着非谐量的增加,性能降低越明显;在研究的非谐条件下,压比最大相对降低0.30%,效率最大降低0.54%。对于该转子的平均气动阻尼,栅距非谐使得转子在大部分甚至整个叶片间相角区域内气动阻尼均有所提高,最大达到37%。通过对叶片表面不同叶高的非定常压力以及积分气动力研究表明,栅距交替非谐对转子相邻两个叶片稳定性的影响存在差异,并且非谐量越大,差异越明显。

关键词：栅距非谐气动阻尼颤振能量法气动弹性稳定性

考虑气动阻尼效应的输电线路风偏动态分析方法

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振动与冲击 2015年第6期34卷 24-29页

作者：楼文娟杨悦吕中宾张少锋杨伦浙江大学结构工程研究所杭州310058 河南电力试验研究院郑州450052

针对连续多跨输电线路在瞬态风场作用下的风偏问题,提出考虑气动阻尼效应的输电线路风偏动态分析方法。以500 k V三跨线路为对象建立精细化非线性动力学计算模型,用谐波叠加法构建整档线路各点脉动风速场并结合准定常假设模拟作用于输... 详细信息

针对连续多跨输电线路在瞬态风场作用下的风偏问题,提出考虑气动阻尼效应的输电线路风偏动态分析方法。以500 k V三跨线路为对象建立精细化非线性动力学计算模型,用谐波叠加法构建整档线路各点脉动风速场并结合准定常假设模拟作用于输电线路的时变风荷载。考察由输电线路自身运动引起的气动阻尼对动态风偏响应影响,讨论其对绝缘子串风偏角频谱影响。采用美国输电线路设计规范ASCE No.74的气动阻尼进行导线风偏计算,并与所提方法比较。结果表明,输电线路气动阻尼对风偏动态响应影响显著,两种考虑气动阻尼方法计算结果较接近。

关键词：风偏气动阻尼多跨线路瞬态风场非线性动力分析