氣動力有理函數(shù)識別與顫振穩(wěn)定性的多因素分析.pdf

1、直接識別氣動力有理函數(shù)可以同時滿足時域和頻域顫振分析對前期氣動力信息的需求，相應的理論體系和試驗技術的建立具有重要的工程實用價值。隨著橋梁結(jié)構(gòu)向輕柔大跨方向發(fā)展，有必要深入研究拉索振動和拉索氣動力形成的拉索效應、風的靜力附加攻角效應、氣動控制措施等因素對顫振穩(wěn)定性的影響。為此，本文開展了以下幾方面的工作：
　　 (1)建立了基于三自由度節(jié)段模型自由振動法和強迫振動法氣動力有理函數(shù)識別的理論體系，編制了強迫振動氣動力有理函數(shù)的識別

2、程序。強迫振動法試驗結(jié)果證明適當選擇兩個試驗風速即可有效識別氣動力有理函數(shù)及與之對應的氣動導數(shù)，為氣動導數(shù)識別提供了一條新途徑，能顯著降低風洞試驗工作量，可在工程中推廣應用。
　　 (2)提出了快速擬合氣動力有理函數(shù)系數(shù)的粒子群優(yōu)化算法，算法為全局最優(yōu)。在有理函數(shù)表達的氣動力基礎上，提出了在ANSYS中實現(xiàn)純時域顫振分析的新方法，其中氣動力中的氣動剛度及氣動阻尼部分通過MATRIX27單元實現(xiàn)，而遞推部分則作為外部荷載處理。

3、r>　　 (3)給出了拉索非定常氣動力矩陣的顯示表達式，編制了相應的程序模塊，并嵌入到現(xiàn)有NACS程序中，實現(xiàn)了計入拉索氣動力的顫振分析程序開發(fā)。建立了一種凝聚拉索質(zhì)量的斜拉橋有限元新模型，解決了拉索分段之后扭轉(zhuǎn)振型階次過高的問題。在ANSYS中，通過在新模型的索單元節(jié)點處設置MATRIX27單元，考慮了拉索氣動力和拉索振動對斜拉橋顫振穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明這兩項因素的聯(lián)合作用使顫振臨界風速提高。通過強迫振動法裝置識別氣動導數(shù)有效克服

4、了傳統(tǒng)自由振動法中存在的附加攻角問題，并進行了加密攻角變化步長的氣動導數(shù)識別試驗，實現(xiàn)了在ANSYS中自動計入附加攻角效應的顫振計算方法，能有效考慮氣動力非線性。
　　 (4)基于有限元三維顫振分析，從能量原理的角度明確了中央穩(wěn)定板對桁架梁懸索橋顫振的作用機理是增加了豎彎自由度的參與程度，使顫振形態(tài)由單自由度扭轉(zhuǎn)振動向彎扭耦合振動轉(zhuǎn)移。將三維桁架結(jié)構(gòu)簡化成二維模型，通過CFD數(shù)值模擬以及PIV風洞試驗從細觀的角度探明了中央穩(wěn)定板