基于浮框式三節(jié)段模型的矩形斷面渦激力參數(shù)識別研究.pdf

1、氣流流經(jīng)某些斷面結(jié)構(gòu)時會發(fā)生流動分離并產(chǎn)生周期性漩渦脫落現(xiàn)象，漩渦脫落的頻率與風速的關(guān)系可以用斯托洛哈數(shù)來表示，當渦脫頻率和結(jié)構(gòu)的某階頻率相等或相近時，結(jié)構(gòu)將發(fā)生渦激振動。渦激振動是一種帶有自激和強迫性質(zhì)的振動，限幅、發(fā)生風速低是渦激振動的特點。雖然渦激振動不是毀滅性風致振動，但其周期性的振動不僅會影響行車行人舒適性，還會導致結(jié)構(gòu)疲勞損傷。大跨度橋梁具有質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)柔、阻尼比低的特點，在低風速下很容易發(fā)生渦激振動。然而，目前渦激振動的發(fā)

2、生機理尚未被完全認識，至今仍未建立起完美描述渦激振動的方程。渦激力作為渦激振動發(fā)生時的重要研究數(shù)據(jù)，現(xiàn)有研究很少直接測試渦激力，大多通過位移響應和參數(shù)識別間接得到。鑒于此，本文以自主開發(fā)的三節(jié)段測力測振模型為研究對象，測試得到渦振發(fā)生時作用在模型上的渦激力，并對所測渦激力進行分析，探索渦激響應機理。主要內(nèi)容如下:
　　(1)基于ANSYS有限元軟件對浮框式三節(jié)段模型進行設(shè)計，確定支撐框、懸浮框、消擾構(gòu)件的幾何尺寸，得到最優(yōu)設(shè)計參數(shù)

3、。同時，對模型進行模態(tài)分析，得到模型的各階模態(tài)頻率，確保在后續(xù)風洞試驗研究中不出現(xiàn)局部振動的現(xiàn)象。
　　(2)在均勻流場中對節(jié)段模型進行自由懸掛試驗，測試得到懸浮段在渦激振動發(fā)生時的位移、加速度響應時程和動態(tài)合力時程。對模型受力分析后提取出渦激力。為評價所測渦激力的測試精度，將基于平均加速度法算得的位移響應時程與實測位移響應時程進行對比，結(jié)果表明，計算和實測位移時程曲線吻合良好。與此同時，對各風速下的渦激振幅進行統(tǒng)計，得到寬高比為

4、6的矩形斷面的渦振鎖定區(qū)間。
　　(3)在均勻流場中對節(jié)段模型進行強迫振動試驗。分別測試得到強迫振動時有風和無風條件下作用在模型上的動態(tài)合力，兩動態(tài)合力相減即得到作用在模型上的氣動力。比較強迫振動和自由懸掛狀態(tài)下氣動力的大小，發(fā)現(xiàn)前者要大一些。
　　(4)分別根據(jù)振動響應時程和渦激力時程對Scanlan經(jīng)驗線性模型、Scanlan經(jīng)驗非線性模型進行參數(shù)識別，比較兩種方法識別參數(shù)的精度后發(fā)現(xiàn)基于渦激力時程方法的識別精度更高。<