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高雷诺数下串列粗糙三圆柱的流致振动试验研究

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振动与冲击 2024年第6期43卷 280-287,319页

作者：李怀军孙海哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院哈尔滨150001

通过试验研究了高雷诺数下串列粗糙三圆柱的流致振动,分析与探讨了刚度、间距比对各个圆柱振幅响应、频率响应、位移频谱的影响,并与串列粗糙双圆柱的结果进行对比,揭示了干扰圆柱数量的增加对受扰圆柱流致振动的影响规律。研究结果表明... 详细信息

通过试验研究了高雷诺数下串列粗糙三圆柱的流致振动,分析与探讨了刚度、间距比对各个圆柱振幅响应、频率响应、位移频谱的影响,并与串列粗糙双圆柱的结果进行对比,揭示了干扰圆柱数量的增加对受扰圆柱流致振动的影响规律。研究结果表明:在初始分支,上游圆柱对下游圆柱有强烈的屏蔽作用,而在上端分支,出现下游圆柱振幅超过上游圆柱的现象;在上端分支和过渡区域,低刚度条件下,下游圆柱干扰数量的增加可以明显降低上游圆柱的振动频率;在涡激振动区域,下游干扰圆柱数量的增加几乎不影响上游圆柱的振幅;在驰振区域,上游圆柱干扰数量的增加降低了下游圆柱的振幅,并随着刚度的增加对下游圆柱振幅的降低程度下降;间距比对串列粗糙三圆柱的流致振动响应具有显著影响。

关键词：涡激振动驰振串列三圆柱振动响应

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大跨长挑臂钢箱组合梁桥抗风性能试验研究

桥梁建设 2024年第2期54卷 99-105页

作者：王彬刘来君刘志文长安大学公路学院陕西西安710064 山西交科公路勘察设计院有限公司山西太原030032 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

为了解大跨长挑臂钢箱组合梁桥抗风性能及选取合适的声屏障形式,以挑臂长7.5 m的钢箱组合梁桥——临猗黄河大桥为背景,基于有限元计算的施工及成桥阶段桥梁动力特性指标,制作1个缩尺比1∶50的最大悬臂施工状态钢箱梁、2个缩尺比1∶60的... 详细信息

为了解大跨长挑臂钢箱组合梁桥抗风性能及选取合适的声屏障形式,以挑臂长7.5 m的钢箱组合梁桥——临猗黄河大桥为背景,基于有限元计算的施工及成桥阶段桥梁动力特性指标,制作1个缩尺比1∶50的最大悬臂施工状态钢箱梁、2个缩尺比1∶60的成桥状态不同声屏障设置形式(直线形、折线形,高度均为2.5 m)钢箱组合梁节段模型进行风洞试验,分析施工和成桥状态主梁断面的涡振、颤振和驰振性能。结果表明:施工状态的钢箱梁抗风稳定性良好,涡振、颤振和驰振性能均满足设计要求;常遇风攻角为0°、±3°时,成桥状态下,设置2.5 m高折线形声屏障可有效抑制主梁涡振响应,且颤振与驰振稳定性均满足规范要求;设置2.5 m高直线形声屏障的主梁发生明显的竖向涡振现象。该桥主梁最终采用2.5 m高折线形声屏障。

关键词：钢箱组合梁长挑臂节段模型声屏障涡振颤振驰振风洞试验

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来流角度对方柱流致振动的影响

舰船科学技术 2024年第5期46卷 27-33页

作者：李想王阳阳朱勋鹏瞿亚辉昆明船舶设备研究试验中心云南昆明650216 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580

方形结构由于存在几何棱角,在来流作用下会发生复杂的振动响应,是流致振动能量收集的理想结构。本文针对方柱流致振动开展数值模拟研究,分析不同来流角度下柱体的流致振动类型,揭示截面几何特征、来流角度对柱体振动响应、流体力及相位... 详细信息

方形结构由于存在几何棱角,在来流作用下会发生复杂的振动响应,是流致振动能量收集的理想结构。本文针对方柱流致振动开展数值模拟研究,分析不同来流角度下柱体的流致振动类型,揭示截面几何特征、来流角度对柱体振动响应、流体力及相位变化、尾流结构的影响。研究结果表明,来流角度是影响方柱振动响应和振动模式的重要因素,当来流角度为0°时,方柱会产生驰振响应,尾流结构发生斜向偏移且周期内漩涡脱落丰富,导致柱体呈低频高幅振动;来流角度在15°≤θ≤30°时,方柱产生涡激振动与驰振耦合的振动响应,来流角度为45°时,方柱发生涡激振动响应;从能量俘获角度,控制来流角度使方柱发生驰振响应,从而实现大范围流速下的海洋能量汲取。

关键词：流致振动驰振振动特性来流角度

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曲面驰振风能采集器动力学设计与性能研究

振动工程学报 2022年第3期35卷 635-642页

作者：王琼黄良沛周程峰唐谦魏克湘湖南科技大学机械设备健康维护重点实验室湖南湘潭411201 湖南工程学院湖南省风电运维与测试技术工程实验室湖南湘潭411104 三一机器人科技有限公司北京102200

为了提高驰振压电风能采集器的性能,提出具有气动性能改进可能性的曲面阻流体设计,并进一步通过翼翅和附加端盖改进曲面阻流体的气动性能。通过FLUENT仿真和实验研究揭示了翼翅和附加端盖对曲面阻流体气动性能的影响规律。仿真与实验结... 详细信息

为了提高驰振压电风能采集器的性能,提出具有气动性能改进可能性的曲面阻流体设计,并进一步通过翼翅和附加端盖改进曲面阻流体的气动性能。通过FLUENT仿真和实验研究揭示了翼翅和附加端盖对曲面阻流体气动性能的影响规律。仿真与实验结果表明,翼翅和附加端盖曲面能够显著提高驰振压电风能采集器的气动与俘能性能,有效拓宽了其工作风速范围。

关键词：驰振风能采集动力学设计曲面阻流体

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安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索驰振

湖南大学学报（自然科学版） 2022年第5期49卷 74-81页

作者：安苗李寿英陈政清风工程与桥梁工程湖南省重点实验室(湖南大学) 湖南长沙410082

针对亮化灯具引起的斜拉索振动问题,以某安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索为工程背景,研究了驰振特性及增加结构阻尼对驰振的抑制效果.首先,进行了节段模型测力风洞试验,测量了安装灯具斜拉索的三分力系数,通过驰振力系数初步预测了发... 详细信息

针对亮化灯具引起的斜拉索振动问题,以某安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索为工程背景,研究了驰振特性及增加结构阻尼对驰振的抑制效果.首先,进行了节段模型测力风洞试验,测量了安装灯具斜拉索的三分力系数,通过驰振力系数初步预测了发生驰振的风攻角范围;然后,分别进行了二维和三维节段模型测振风洞试验,测量了安装灯具斜拉索风振响应随风攻角、风速等的变化规律,探讨了阻尼比对提高驰振临界风速的影响规律.结果表明:安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索的平均阻力和升力系数最大分别可达1.8和1.5,静风荷载比未安装灯具时可增大83%;局部凸起的点光源对安装灯具斜拉索的气动力影响很小;二维斜拉索的最不利风攻角为8°,驰振力系数低至-7.9,阻尼比为0.1%时驰振临界风速为21.8 m/s;三维斜拉索的起振风偏角范围为40°~56°、186°~196°,面内和面外都有较大振动;阻尼比为0.1%时起振风速低至4.7 m/s;起振后,随风速的增大,振幅线性增加,折减风速达到77时,无量纲位移可达到2D(D为斜拉索直径);增大阻尼在相同风速下可降低振动的幅度;阻尼比小于0.8%时,增加阻尼对驰振临界风速的提高作用有限;当阻尼比增大到1.0%时,能够有效抑制安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索驰振.

关键词：驰振风洞试验安装灯具斜拉索阻尼比亮化工程椭圆形灯具

基于柔性套管悬臂梁式压电能量采集器的实验研究

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节能技术 2024年第3期42卷 195-199页

作者：诸磊韩东徐贵力周茂林俞思涌何纬峰南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

为了提高压电能量采集器的使用寿命,保证内部发电部件的稳定运行,提出了一种柔性套管悬臂梁式压电能量采集器收集能量的盾形截面的钝体,通过实验研究该结构的输出性能。分析了外接负载、风速、钝体质量对能量采集器的输出功率的影响。... 详细信息

为了提高压电能量采集器的使用寿命,保证内部发电部件的稳定运行,提出了一种柔性套管悬臂梁式压电能量采集器收集能量的盾形截面的钝体,通过实验研究该结构的输出性能。分析了外接负载、风速、钝体质量对能量采集器的输出功率的影响。结果表明:能量采集器的输出功率随着负载阻值的增大呈现先增大后减小的趋势,存在最佳负载使得能量采集器的输出功率达到最大;同时输出功率会随流速的增大而增大,符合驰振现象;在实验所考虑的质量范围内,最大输出功率随着质量的增大而减小。实验中,能量采集器在钝体质量为70 g,最佳负载为105Ω,流速为8.0 m/s时达到最大输出功率5.22 mW。

关键词：流致振动压电能量采集器驰振柔性套管发电功率

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基于动态磁耦合的驰振能量收集器动力学分析

应用力学学报 2022年第2期39卷 304-311页

作者：曹帆徐鹏李海涛董博见中北大学理学院太原030051

为了提高能量收集系统在低风速下的能量收集效率,将动态磁铁非线性引入到驰振能量收集系统中。在悬臂梁的末端和底座上分别安装一对磁极相斥的磁铁,其中安装在底座上的磁铁与弹簧相连,可随着磁斥力的变化而垂直移动。首先,根据能量法建... 详细信息

为了提高能量收集系统在低风速下的能量收集效率,将动态磁铁非线性引入到驰振能量收集系统中。在悬臂梁的末端和底座上分别安装一对磁极相斥的磁铁,其中安装在底座上的磁铁与弹簧相连,可随着磁斥力的变化而垂直移动。首先,根据能量法建立了磁耦合驰振能量收集系统的多场耦合振动控制方程。其次,通过Runge-Kutta数值计算方法比较分析了低风速下动态磁耦合驰振能量收集系统(DM-GEH)和固定磁耦合驰振能量收集系统(FM-GEH)的电压输出。DM-GEH系统的切入风速提前了81.82%,在1 m/s~5 m/s风速范围内能量收集效率提高了124.22%。最后,针对弹簧支撑刚度进行参数优化,提升了低风速下的能量收集效率。结果表明,通过改变磁铁支撑方式至弹性支撑将改变系统的振动频率并且降低切入风速,相较于弹簧刚度为1000 N/m时,弹簧刚度为500 N/m时的系统的切入风速降低了54.55%,能量收集效率提高了15.35%。

关键词：双稳态驰振能量收集动态磁力

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驰振压电风能采集器性能优化研究

驰振压电风能采集器性能优化研究

作者：耿耿河南科技大学

学位级别：硕士

低功率电子设备应用通常由电池供电,电池严格的使用寿命和尺寸限制不能满足低功率电子设备的需求,利用微机电系统从环境振动中获取能量已被认为是解决这一普遍问题有希望的解决方案。基于风致振动原理的微型压电风能采集器作为一种新型... 详细信息

低功率电子设备应用通常由电池供电,电池严格的使用寿命和尺寸限制不能满足低功率电子设备的需求,利用微机电系统从环境振动中获取能量已被认为是解决这一普遍问题有希望的解决方案。基于风致振动原理的微型压电风能采集器作为一种新型自供能设备可以将环境中的风能转化为电能,并具有体积小、寿命长、功率密度高和不受地域限制等优点,在发展新能源方面显示出明显的优势。由于自然环境的风速处于较低状态,因此开展中低风速下有高性能输出的微型风能采集研究具有重要意义。本文深入研究了驰振压电风能采集器的理论模型、设计方法和实现方法,为了提高压电风能采集器的性能,针对压电风能采集器结构参数进行了优化。研究了钝体流致振动的理论模型与影响流致振动的关键参数,并建立了驰振压电风能采集器理论模型,通过Runge-Kutta数值方法求解以及算例验证了驰振压电风能采集器理论模型的准确性与可行性,为风能采集器的电学输出性能提供理论依据;采用SST k-ω湍流模型,对二维非稳态雷诺平均纳维-斯托克斯方程组数值求解,分析了不同截面形状钝体迎风面的变化对流致振动特性的影响,根据驰振判断方法能够清晰的观察到不同截面形状钝体的驰振响应情况。研究结果表明,8C截面形状钝体在空气流场中的气动性能最佳且驰振响应最剧烈,在持续受到驰振气动力的作用下,8C截面形状钝体能够使风能采集器获得更高的机械能;根据驰振压电风能采集器的结构、工作原理和实现方法,制作出了驰振压电风能采集器样机,通过风洞试验对风能采集器样机进行了参数识别,并验证了驰振压电风能采集器理论模型的准确性。分析了钝体截面形状变化和负载电阻对风能采集器电学输出性能的影响,研究结果表明,8C截面形状钝体风能采集器具有低的临界风速和高的功率输出,在风速为8m/s和最优负载电阻51MΩ情况下,8C截面形状钝体风能采集器的输出功率为109.83μW;在理论模型的基础上,分析了风能采集器结构参数对输出功率的影响,风能采集器结构参数的变化可以有效的降低驰振的临界风速和提高风能采集器的电学输出性能。以低临界风速和输出功率最大为目标,采用正交优化方法,对风能采集器的钝体截面尺寸、压电悬臂梁的长度和机械阻尼比三个方面的因素分组进行电学输出性能分析,在最优参数搭配下风能采集器的临界风速降低了10%,最大输出功率和功率密度分别提升了16.26%和10.91%。

关键词：风能采集器驰振优化压电流致振动

紧凑型风致驰振压电-电磁复合俘能器理论与实验研究

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紧凑型风致驰振压电-电磁复合俘能器理论与实验研究

作者：毕成郑州大学

学位级别：硕士

近年来,物联网技术快速发展,其物理感知层需要大量传感器等微电子器件。微电子机电系统的供能问题已成为物联网技术的关键性问题。传统电池供电存在一些弊端。环境能量收集技术所衍生的环境俘能器能够解决传统电池供电方式所具有的缺陷... 详细信息

近年来,物联网技术快速发展,其物理感知层需要大量传感器等微电子器件。微电子机电系统的供能问题已成为物联网技术的关键性问题。传统电池供电存在一些弊端。环境能量收集技术所衍生的环境俘能器能够解决传统电池供电方式所具有的缺陷。然而,环境俘能器多存在输出功率不足、工作频带较窄的问题,部分俘能器占用空间较大。文中以风作为能量源设计一种紧凑型驰振式压电-电磁复合俘能器,其具有更高的输出功率,宽广的工作频带,并在一定程度上节约工作空间。首先设计紧凑型驰振压电-电磁复合俘能器,电磁俘能器通过弹簧、导杆内嵌于空心钝体中。当风速达到该俘能器起振风速时,钝体进行大位移摆动,悬臂梁发生弯曲,惯性作用磁铁做切割磁感线运动,该俘能器,实现了两种俘能方式的结合,振动耦合模型为二自由度运动模型。然后利用哈密顿原理、牛顿力学理论、伽辽金离散法、欧姆定理等方法推导紧凑型驰振压电-电磁复合俘能器的机电耦合方程,并通过MATLAB软件数值分析复合俘能器的输出特性,以及风速、负载电阻等关键性参数对该复合俘能器输出性能的影响。之后,设计一种自适应开关同步电感能量提取电路,通过电路仿真及调试平台、风洞实验,验证这种接口电路的可行性和有效性。最后,搭建风洞实验平台,对紧凑型驰振式压电-电磁复合俘能器进行一系列验证性实验。实验结果表明:风速在9 m/s时,经典驰振俘能器有效输出功率为1.68 m W,紧凑型驰振式压电-电磁复合俘能器有效输出功率为3.57 m W。后者较前者的输出功率提升率为112.5%,与仿真结果118.5%偏差较小。验证了紧凑型驰振压电-电磁复合俘能器的优良输出特性。

关键词：压电俘能电磁俘能驰振复合俘能器俘能器接口电路设计