橋梁顫振導(dǎo)數(shù)識(shí)別和氣彈響應(yīng)分析的風(fēng)洞試驗(yàn)和CFD方法.pdf

1、顫振導(dǎo)數(shù)識(shí)別和氣彈系統(tǒng)響應(yīng)分析是大跨度橋梁風(fēng)致振動(dòng)的重要研究?jī)?nèi)容之一?；诠?jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)，本文提出了橋梁斷面顫振導(dǎo)數(shù)識(shí)別和橋梁氣彈系統(tǒng)響應(yīng)分析的一些方法。 闡述了自由振動(dòng)系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)識(shí)別的特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法(ERA)、協(xié)方差塊Hankel矩陣算法(CBHM)和相關(guān)特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法(ERA/DC)的基本原理，及其在橋梁斷面顫振導(dǎo)數(shù)識(shí)別上的實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用這些算法進(jìn)行了薄平板和實(shí)際橋梁斷面顫振導(dǎo)數(shù)的識(shí)別，通過本文

2、結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)或理論解的對(duì)比，證明本文三種時(shí)域系統(tǒng)識(shí)別方法均可應(yīng)用于橋梁斷面顫振導(dǎo)數(shù)識(shí)別，且均具備對(duì)噪聲模態(tài)的剔除能力。與ERA算法相比，ERA/DC算法得到的系統(tǒng)狀態(tài)矩陣不直接包含系統(tǒng)輸出項(xiàng)，提高了對(duì)噪聲模態(tài)的剔除能力。CBHM算法和ERA/DC均基于時(shí)域數(shù)據(jù)相關(guān)，相當(dāng)于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了濾波處理，有利于噪聲模態(tài)的剔除。 研究了強(qiáng)迫橋梁斷面運(yùn)動(dòng)的3211多階躍激勵(lì)和指數(shù)脈沖激勵(lì)等廣譜激勵(lì)及在CFD計(jì)算中的實(shí)現(xiàn)；提出了基于系統(tǒng)輸入和輸

3、入，通過系統(tǒng)識(shí)別獲得橋梁斷面繞流場(chǎng)系統(tǒng)離散時(shí)間氣動(dòng)模型的方法；提出了基于離散時(shí)間氣動(dòng)模型進(jìn)行氣動(dòng)力仿真和顫振導(dǎo)數(shù)識(shí)別的方法。為驗(yàn)證本文方法的正確性，進(jìn)行了薄平板和實(shí)際橋梁斷面顫振導(dǎo)數(shù)的識(shí)別，所識(shí)別的顫振導(dǎo)數(shù)的合理性證明了本文方法的可靠性。本文方法僅需在豎彎和扭轉(zhuǎn)方向分別作一次CFD模擬，就可在位移輸入定義的頻帶上建立離散時(shí)間氣動(dòng)模型，通過氣動(dòng)模型仿真可識(shí)別任意折算風(fēng)速下的顫振導(dǎo)數(shù)，從而顯著縮短CFD計(jì)算獲取顫振導(dǎo)數(shù)的時(shí)間，大大提高顫振導(dǎo)

4、數(shù)的識(shí)別效率。 提出了基于離散時(shí)間氣動(dòng)模型進(jìn)行橋梁氣彈系統(tǒng)響應(yīng)分析的新方法。該方法通過結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程求解位移響應(yīng)和離散時(shí)間氣動(dòng)模型仿真氣動(dòng)力的耦合實(shí)現(xiàn)橋梁氣彈響應(yīng)預(yù)測(cè)。由于將傳統(tǒng)橋梁氣彈響應(yīng)分析中的非定常CFD計(jì)算用離散時(shí)間氣動(dòng)模型的仿真來代替，而氣動(dòng)模型仿真計(jì)算量遠(yuǎn)運(yùn)小于CFD計(jì)算量，故能大幅度降低氣彈響應(yīng)分析的整體計(jì)算量，顯著提高橋梁氣彈響應(yīng)分析的計(jì)算效率。進(jìn)行了單、兩自由度薄平板系統(tǒng)氣彈響應(yīng)分析。研究表明，任意一個(gè)自由度的