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带有纵向肋条斜拉索风荷载特性研究

工程力学 2024年第S01期41卷 253-257,291页

作者：褚泽楷常幸孙一飞韩鹏刘庆宽石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043

相关研究表明纵向肋条对斜拉索风雨振有良好的抑制效果,但对斜拉索风荷载特性的影响尚未明确。在斜拉索表面布置了宽度和高度均为5 mm的2根长方体肋条,通过风洞测压实验,研究其在不同雷诺数下环向和展向平均风压分布的影响规律。结果表... 详细信息

相关研究表明纵向肋条对斜拉索风雨振有良好的抑制效果,但对斜拉索风荷载特性的影响尚未明确。在斜拉索表面布置了宽度和高度均为5 mm的2根长方体肋条,通过风洞测压实验,研究其在不同雷诺数下环向和展向平均风压分布的影响规律。结果表明:肋条使斜拉索展向风荷载在分离点产生了较强的三维性,风荷载沿展向无明显变化规律;双分离泡区内,肋条对于斜拉索的环向风荷载分布规律影响较小;肋条改变分离点的位置,加快了层流到湍流的转捩,使得临界区提前;在低雷诺数区,肋条会加强斜拉索表面流场的三维性,随着雷诺数的升高,斜拉索表面流场的三维性先增强后减弱,到达双分离泡区后,斜拉索流场的三维性趋于稳定。

关键词：风洞实验临界区风压分布三维特性纵向肋条

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带肋斜拉索涡激振动和气动力特性的试验研究

工程力学 2024年第S01期41卷 136-141页

作者：韩鹏常幸邵林媛孙一飞褚泽楷刘庆宽石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043

为研究肋条安装方式(通长安装与间断交错安装)对斜拉索涡激振动和气动力特性的影响规律,进行了斜拉索节段模型的风洞试验。结果表明:只要安装肋条,就能够在一定程度上抑制斜拉索的涡激振动,在试验参数范围内,斜拉索涡激振动幅值最少可... 详细信息

为研究肋条安装方式(通长安装与间断交错安装)对斜拉索涡激振动和气动力特性的影响规律,进行了斜拉索节段模型的风洞试验。结果表明:只要安装肋条,就能够在一定程度上抑制斜拉索的涡激振动,在试验参数范围内,斜拉索涡激振动幅值最少可以降低46.16%;当肋条为通长安装时,会明显降低斜拉索涡激振动,但是会造成起振风速的增大或振动区间的延长;当肋条为间断交错安装时,整体抑振效果均好于通长安装情况,风攻角为15°时,肋条斜拉索的抑振效果达到了96.30%,可以用于特定来流风的环境当中;当肋条为间断交错安装时,斜拉索模型的平均阻力系数稳定在1.0~1.3,平均升力系数稳定在-0.07~0.14,具有一定的减阻效果;当风攻角α=15°和30°时,整体脉动气动力系数无明显雷诺数效应,脉动阻力系数稳定在0.025附近,脉动升力系数稳定在0附近,说明安装间断交错肋条后斜拉索具有更好的气动力效应。

关键词：斜拉索肋条风洞试验涡激振动气动力特性

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线形布置双矩形柱的平均气动力特性试验研究

振动与冲击 2024年第5期43卷 20-30,81页

作者：姜会民杨群范佳豪刘小兵石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043

为研究线形布置双矩形柱的平均气动力特性,采用刚性模型测压风洞试验测试并分析了宽高比为1∶4的双矩形柱在不同风向角和不同间距比下的平均阻力系数和平均升力系数,并与单矩形柱的试验结果进行了对比分析。在此基础上,通过分析平均风... 详细信息

为研究线形布置双矩形柱的平均气动力特性,采用刚性模型测压风洞试验测试并分析了宽高比为1∶4的双矩形柱在不同风向角和不同间距比下的平均阻力系数和平均升力系数,并与单矩形柱的试验结果进行了对比分析。在此基础上,通过分析平均风压分布进一步揭示了线形布置双矩形柱平均气动力系数的干扰机理。风向角α的变化范围为0°~90°,间距比P/B(双矩形柱的中心距与矩形柱宽度之比)的变化范围为1.2~8.0。研究结果表明:双矩形柱的平均阻力系数可分为0°≤α≤30°和30°<α≤90°两类;上游矩形柱的平均升力系数可分为0°≤α≤75°和75°<α≤90°两类;下游矩形柱的平均升力系数可分为0°≤α≤20°和20°<α≤90°两类。平均气动力系数的放大效应主要体现在上游矩形柱,平均阻力系数最大为单矩形柱的1.5倍,平均升力系数最大为单矩形柱的2.1倍。

关键词：双矩形柱线形布置平均气动力系数平均风压分布风洞试验风向角间距比

煤棚表面风压的多尺度长短期记忆神经网络预测方法

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工程力学 2024年第S01期41卷 179-186页

作者：火婧刘士杰张珍刘庆宽石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043

风荷载是影响大跨度空间结构安全性和稳定性的关键因素之一,因此研究结构表面风压对煤棚结构设计具有重要意义。风洞试验是获取煤棚结构表面风压的主要方法,但其存在成本较高和耗时较长的问题。利用风洞试验积累的大量数据发展风压快速... 详细信息

风荷载是影响大跨度空间结构安全性和稳定性的关键因素之一,因此研究结构表面风压对煤棚结构设计具有重要意义。风洞试验是获取煤棚结构表面风压的主要方法,但其存在成本较高和耗时较长的问题。利用风洞试验积累的大量数据发展风压快速预测方法是目前的研究热点之一。该文以长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)神经网络为基础,建立了煤棚结构风压时序预测模型,该模型利用高斯平滑将实验数据分为光滑数据和脉动数据,进而分别训练大尺度网络和小尺度网络。结果表明:所提出的多尺度网络预测模型可以实现对煤棚表面风压的快速预测,且相比于传统LSTM神经网络,多尺度LSTM神经网络具有误差小、精度高等优势。因此,基于LSTM的多尺度神经网络可以为煤棚等大跨空间结构表面风压提供依据。

关键词：煤棚长短期记忆风压预测神经网络大跨空间结构

顺向正弦来流条件下圆柱气动力和绕流流场数值模拟研究

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振动与冲击 2024年第6期43卷 216-224页

作者：于春放靖洪淼王仰雪张记涛邵林媛刘庆宽石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043

为深入了解顺向阵风来流对圆柱气动力和流场特性的影响,开展了雷诺数(Re)为1000的圆柱绕流三维大涡模拟,研究了不同频率顺向正弦来流对圆柱气动力和流场结构的影响规律,详细分析了升阻力系数、斯特劳哈尔数(St)、回流长度、分离角和尾... 详细信息

为深入了解顺向阵风来流对圆柱气动力和流场特性的影响,开展了雷诺数(Re)为1000的圆柱绕流三维大涡模拟,研究了不同频率顺向正弦来流对圆柱气动力和流场结构的影响规律,详细分析了升阻力系数、斯特劳哈尔数(St)、回流长度、分离角和尾流结构等参数的变化规律。顺向正弦来流速度为U=U_(0)+Asin(2πft),其中来流频率f的变化范围为0~0.3 Hz,U_(0)为平均速度,A为竖向正弦来流的振幅,设为0.15U_(0)。研究结果表明:圆柱阻力系数卓越频率(即主导频率)与正弦来流频率基本一致,升力系数存在3个明显的频率峰值,分别对应涡脱频率与来流频率之差、涡脱频率、涡脱频率与来流频率之和。随着正弦来流频率f增大,St先减小后增大,在f=0.25 Hz时达到最小值,而回流长度先增大后减小,且在f=0.15 Hz时达到最大值。当f≤St时,分离角不变,而顺流向最小速度逐渐增大;当f>St时,分离角逐渐增大.

关键词：圆柱绕流大涡模拟顺向正弦来流气动力流场

迎风角对跳台滑雪运动员飞行气动性能影响的研究

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工程力学 2024年第S01期41卷 339-345页

作者：王泽远刘衎柳方园魏宏伟刘庆宽石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043

以探究迎风角对跳台滑雪运动员与滑雪板组成的多体系统的飞行气动性能的影响为目的,采用CFD数值模拟方法,在风速为29 m/s情况下,研究了多体系统迎风角为15°、20°、25°、30°、35°、40°六种情况下的气动性能变化情况。并在保证跳台... 详细信息

以探究迎风角对跳台滑雪运动员与滑雪板组成的多体系统的飞行气动性能的影响为目的,采用CFD数值模拟方法,在风速为29 m/s情况下,研究了多体系统迎风角为15°、20°、25°、30°、35°、40°六种情况下的气动性能变化情况。并在保证跳台滑雪运动员姿态以及飞行速度不变的情况下,以多体系统的升阻比作为衡量标准,对迎风角对多体系统气动性能的影响情况进行了评估。研究得出:多体系统升阻比随迎风角的增大呈递减趋势,且不同迎风角之间多体系统升阻比差异较大。在多体系统迎风角取为15°时,整个多体系统的升阻比取得最大值,有利于运动员取得良好的气动性能。此外,迎风角对跳台滑雪运动员气动性能影响的研究可为运动员比赛技巧相关的训练提供一定的指导作用。

关键词：跳台滑雪迎风角升阻比气动性能计算流体力学

基于动力学模态分解的方柱绕流非定常流场分析

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工程力学 2024年第S01期41卷 326-331页

作者：刘士杰张珍刘庆宽石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043

具有方形断面的结构或构件广泛应用于实际工程中,针对方柱绕流风荷载和风致振动特性开展研究至关重要。方柱绕流的尾流效应往往涉及多种复杂流动现象,捕捉其流动主要模态对深入分析流场特性以及流动控制具有重要意义。该文基于动力学模... 详细信息

具有方形断面的结构或构件广泛应用于实际工程中,针对方柱绕流风荷载和风致振动特性开展研究至关重要。方柱绕流的尾流效应往往涉及多种复杂流动现象,捕捉其流动主要模态对深入分析流场特性以及流动控制具有重要意义。该文基于动力学模态分解(Dynamic Mode Decomposition,DMD)方法建立了能够提取流场主要模态并进行流场重构的降阶模型。基于数值模拟获取非定常流场快照;利用DMD进行主要模态提取;基于提取的主要模态对非定常流场进行重构。结果表明:DMD方法提取的前4阶模态能够准确重构原始流场,为流动控制和结构设计提供参考。

关键词：动力学模态分解方柱绕流数据驱动非定常流动降阶模型

寒区路基地源热泵系统的热力计算模型及其在冻胀病害防控中的应用

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中国电机工程学报 2024年

作者：胡田飞刘济华岳祖润张翊敏石家庄铁道大学河北省交通工程结构力学行为演变与控制重点实验室石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄铁道大学土木工程学院

基于地源热泵的人工供热方法是寒区路基冻害防控的一种新措施。本文建立路基专用热泵的稳态热力计算模型，用于热泵选型匹配与优化设计。建立主要部件压缩机、冷凝器、节流器、蒸发器的结构参数与环境参数、制冷剂状态参数之间的函数关... 详细信息

基于地源热泵的人工供热方法是寒区路基冻害防控的一种新措施。本文建立路基专用热泵的稳态热力计算模型，用于热泵选型匹配与优化设计。建立主要部件压缩机、冷凝器、节流器、蒸发器的结构参数与环境参数、制冷剂状态参数之间的函数关系，提出子模型间耦合方法，基于Python语言编制程序。流程为首先选择压缩机和制冷剂类型，拟定供热温度和集热温度；然后依次调用4个子程序，以部件目标参数的计算值与拟定值是否相等为收敛判据，以制冷剂状态参数的计算值与拟定值是否相等为终止判据。循环计算收敛时对应的部件结构参数即为优化结果。选择准池铁路某冻害路基设计供热方案，验证程序可靠性。结果表明热泵性能达到预设水平，保证了路基供热方案的有效性。

关键词：冻土路基地源热泵计算模型压缩机冷凝器蒸发器供热性能现场试验

小宽厚比串列双矩形柱的气动干扰效应及产生机理

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建筑结构学报 2024年第5期45卷 125-135页

作者：姜会民杨群阮礼君范佳豪刘小兵石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心河北石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043

为研究小宽厚比串列双矩形柱的气动干扰效应及流场机理,采用风洞试验和大涡模拟相结合的方法得到了宽厚比B/D(顺风向宽度B与横风向厚度D之比)为1∶4的串列双矩形柱在不同间距比L/B(双矩形柱的中心距L与顺风向宽度B之比,其范围为1.2~8.0... 详细信息

为研究小宽厚比串列双矩形柱的气动干扰效应及流场机理,采用风洞试验和大涡模拟相结合的方法得到了宽厚比B/D(顺风向宽度B与横风向厚度D之比)为1∶4的串列双矩形柱在不同间距比L/B(双矩形柱的中心距L与顺风向宽度B之比,其范围为1.2~8.0)下的气动力系数、风压系数、斯托罗哈数以及流场特性,并与单矩形柱的进行了对比分析。结果表明:即使L/B达到8.0,双矩形柱的气动干扰效应仍不可忽略,上游矩形柱的平均阻力系数、下游矩形柱的脉动升力系数和双矩形柱的斯托罗哈数均表现出了不同程度的放大效应,最大分别为单矩形柱的1.4倍、2.1倍和1.2倍;在L/B<4.0时,绕流表现为单钝体流态,柱间分离泡的形成是导致双矩形柱空隙面负平均风压系数和局部脉动风压系数增大的原因;在L/B≥4.0时,流场剪切再附流态出现,剪切层间歇性再附着造成了下游矩形柱侧风面局部脉动风压系数的增大。

关键词：串列双矩形柱风洞试验大涡模拟气动特性流场机理间距比