双分裂导线尾流驰振的数值模拟

利用计算流体动力学(CFD)方法对双分裂导线在均匀来流作用下的气动力与流场特性进行数值模拟计算,研究得到各子导线的气动力系数,以及背风侧子导线气动力系数随其与迎风侧子导线相对位置的变化曲线。同时采用两节点索单元模拟导线,梁单元模拟间隔棒,建立双分裂导线的尾流驰振数值模拟的有限元模型,并基于CFD方法数值模拟得到的各子导线气动力参数建立双分裂导线的气动力模型;利用Ruange-Kutta显示积分法对其动力方程进行非线性数值求解,得到其尾流驰振的动力响应。最后以某实际工程中双分裂导线为例,研究间隔棒布置、分裂导线倾角以及风速对分裂导线尾流驰振的影响。上述结论可为双分裂导线的防振设计与研究提供参考。

超长并列斜拉索尾流驰振及其控制风洞试验研究

通过气动弹性模型风洞试验,测试了不同风攻角及索间距下,并列超长拉索间的风致振动特性,研究了拉索尾流驰振的运动轨迹及其控制措施.研究表明,拉索发生尾流驰振时,其运动轨迹通常为椭圆轨道,振动主轴与来流方向成一定倾角;运动方向为靠近尾流外侧时,向下游运动,靠近尾流中心时,向上游运动;尾流驰振发生时,拉索从来流中吸收能量,振幅缓慢增大;随着风速增加,振幅增加较快直至出现明显的、振动主轴近似沿来流方向的极限环为止;采用分隔架可以有效抑制尾流驰振的发生,研究结果对并列拉索的抗风设计与振动控制具有指导意义.

四分裂导线尾流驰振数值模拟研究

利用风洞试验测量四分裂导线的空气动力系数,得到各子导线的空气动力系数随风攻角的变化曲线,表明尾流干扰对处于上风子导线尾流区的子导线的气动特性影响明显。给出利用ABAQUS有限元软件模拟分裂导线尾流驰振过程的方法,进而针对典型四分裂导线线路段,模拟得到包括整档舞动和次档距振动的尾流驰振现象,分析了整档舞动和次档距振动的特征,以及间隔棒不同布置方式和风速对尾流驰振的影响。

特高压八分裂导线尾流驰振研究

由于多分裂导线的子导线排列密集,尾流引起的驰振问题可能会严重危害输电系统的安全运行。为研究特高压八分裂导线的尾流驰振特征,通过风洞试验测量了八分裂导线各子导线的气动力系数随风攻角的变化情况,可以看出:由于子导线之间尾流的干扰,八根子导线的气动力系数存在较明显差异,尤其是当子导线处于上风子导线的尾流区时,作用于其上的阻力会明显下降;同时,利用ABAQUS有限元软件模拟研究了档距分别为308m和405m的两条八分裂孤立档线路的尾流驰振过程,基于该数值模拟结果,可以分析得到:八分裂导线尾流驰振存在一个临界风速,当风速小于临界风速时,没有发生尾流驰振现象;当线路发生尾流驰振时,子导线的运动轨迹近似为椭圆;在相同风速下,大档距线路的尾流驰振幅值大于小档距线路。

中间索面斜拉桥并列拉索尾流驰振数值研究

针对中间索面斜拉桥并列拉索的尾流驰振,在驰振基本理论的基础上结合大涡数值模拟方法进行了数值研究。研究首先回顾了驰振的基本理论,进一步利用大涡数值风洞模拟方法获得了横风下并列拉索的静风荷载系数,并分析了不同风攻角时上游索对下游索三分力系数的影响。在驰振判别原则的基础之上开展并列拉索尾流驰振的判别方法和发生风速的研究。结果表明上游拉索不会发现驰振失稳,下游拉索则发生驰振失稳的可能性很高,同时提高拉索结构阻尼比或者改变拉索局部振动频率均能有效地提高尾流驰振发生风速。最后建议并列拉索采用连接器相连的措施以提高拉索局部振动的频率,该措施可以极大地提高拉索尾流驰振稳定性。

拉索间距及覆冰对双索尾流驰振的影响

利用FLUENT中的SST模型对不同索距的扇形覆冰双索和无覆冰双索绕流场进行三维数值模拟,得到下游索在0°~90°风攻角下的阻力系数、升力系数以及驰振力系数,进而研究两索之间的距离、风攻角及有无覆冰等条件对双索尾流驰振稳定性的影响。结果表明:覆冰双索三维数值模拟结果与无覆冰双索三维数值模拟结果差异较大;覆冰双索比无覆冰双索更易发生尾流驰振失稳;拉索间距越近,发生尾流驰振的可能性更大,当覆冰拉索间距超过一定范围时,不会发生尾流驰振失稳;双索发生尾流驰振的风攻角范围与拉索之间的距离有关,拉索间距越近,发生尾流驰振失稳的风攻角越小;不同间距双索的绕流场存在很大差异,当拉索间距较近时,类似于单钝体绕流。

三稳态尾流驰振能量捕获系统发电性能研究

利用流体动能能量发电为微电子器件供电已逐渐成为非线性振动领域的研究热点。利用永磁铁产生非线性回复力,将非线性回复力引入到悬臂梁压电能量捕获装置中,提出了一种三稳态尾流驰振能量压电发电装置,获得力学模型及系统控制方程,获得了三稳态系统的稳定和不稳定平衡点表达式,给出了发电系统存在三稳态运动时的结构参数的取值范围。重点研究了等平衡点不同势阱深度、等势阱深度不同平衡点位置对系统的动力学响应及发电性能的影响。结果表明,等平衡点条件下浅阱系统的起振折合流速更低、发电性能更好。

错列拉索尾流驰振响应特征及辅助索抑振效果试验研究

为研究错列斜拉索尾流驰振响应特征以及辅助索的控制效果,设计并制作两对柔性张拉斜拉索模型,开展风洞试验研究;模型中心间距为4D(D为拉索直径),入射角为5°,试验风速为5~30 m/s,雷诺数范围为2.35×10^(5)-~1.41×10^(6)。通过风洞试验首先模拟下游拉索模型尾流驰振现象,并详细研究振动幅值、频谱特性以及运动轨迹等响应特征;之后在原有模型上增加辅助索,通过重复试验,检验辅助索对尾流驰振的控制效果。试验结果表明:当来流风速高于14 m/s时下游模型发生大幅尾流驰振,振动幅值和频率随风速的增大而增大,振动形式以面内面外耦合振动为主,运动轨迹近似于圆形;辅助索能够有效抑制拉索尾流驰振,成功降低振幅72.4%以上,是控制拉索尾流驰振的方案之一。

基于能量方法的拉索尾流驰振风洞试验研究

为了研究近距失稳区并列拉索尾流驰振性能,发展了基于能量方法的风洞试验方法。采用强迫振动装置重现了拉索尾流驰振现象,通过能量判断方法分析了下游拉索尾流驰振的运动方向和不稳定区域。从气动力对下游拉索做功的角度,研究了其振动机理,并对比分析了下游拉索不同振幅、来流风速以及频率对尾流驰振性能的影响。试验研究表明,基于能量分析方法所得到的结果与已有结论较为吻合,验证了该方法的可靠性。

错列斜拉索尾流驰振及其抑振措施研究

以实际工程中的斜拉桥错列斜拉索为工程背景,设计了一套斜拉索风洞试验装置,对非平行的双排斜拉索进行了气弹模型风洞试验,研究了风攻角和风偏角对拉索振动的影响。试验观察到下游拉索发生明显的尾流驰振,尾流驰振的振幅及轨迹受风攻角与风偏角的影响显著。当风攻角为5°、风偏角为10°时下游拉索最容易发生大幅尾流驰振,因此将此组合工况定为最不利工况。针对此最不利工况施加了三种抑振措施,分别为刚性杆连接、弹性杆连接和增加阻尼,试验结果表明加刚性连接杆或弹性连接杆成功抑制尾流驰振,而当阻尼比小于0.68%时,增加阻尼对尾流驰振的抑振效果不明显。

错列布置下游圆柱尾流驰振特性的数值模拟与荷载分析

尾流驰振气动荷载在实验中测量较为复杂,利用Fluent数值模拟可以较快得到尾流驰振全过程的气动荷载并加以分析。采用基于2DRANS的SST k-ω非平稳湍流模型,利用ICEM对流域进行结构化网格划分,结合动网格技术以及用户自定义接口编程,将计算结构响应的Newmark-β代码嵌入Fluent软件进行流固耦合数值模拟。假定上游圆柱固定,下游圆柱简化为两自由度的弹簧振子,在流向间距和横向间距为L/D=2、T/D=1,折减风速V_(r)=6-50,雷诺数Re=2.4×10^(3)~2.82×10^(4)的范围内,研究了下游圆柱的尾流驰振特性,并将模拟得到的尾流驰振结果与准定常数值计算结果进行对比分析。结果表明,尾流驰振振幅会随着折减风速增加而接近线性增加,Fluent数值模拟结果与已有实验结果吻合较好,验证了SST k-ω湍流模型模拟尾流驰振的可行性;在涡激共振区尾流抑制了下游圆柱表面的随机涡脱;下游圆柱尾流驰振运动轨迹为具有明确方向性和自限性的椭圆环;准定常数值计算方法对涡脱频率和自然频率的高倍频考虑不足,但是2种方法得到的位移时程结果吻合度非常高,自振频率的前四阶倍频的自激力对振动位移响应起主要控制作用,在一定程度上说明尾流驰振是一种自激振动。

斜拉桥并列拉索尾流驰振风洞试验研究

与水平布置的理想并列圆柱不同,自然风作用下斜拉桥并列拉索的气动绕流具有明显的三维特征。以实际工程中的并列拉索为工程背景,研制了一套并列拉索尾流驰振模型风洞试验装置,发展了相应的试验方法。针对远距失稳区拉索尾流驰振现象,通过较为系统的模型风洞试验,讨论了模型索尾流驰振轨迹的特点,对比分析了拉索间距、来流风向角、来流风攻角等对下流索振动特性的影响。研究结论对斜拉桥拉索的抗风设计具有指导意义。

桥梁吊杆索尾流驰振问题的数值研究

对一座大桥长吊杆索的尾流驰振问题进行了数值研究。基于Reynolds平均的非定常N-S方程和SST k-ω湍流模型,采用商业CFD软件FLUENT对串列双吊杆索的绕流流场进行了数值模拟,得到了不同工况下下游吊杆索气动力的瞬时值、时间平均值及其气动导数。在此基础上进行的上游吊杆索尾流中的下游吊杆索的稳定性分析发现,在设计参数下,当攻角较大或较小时是稳定的,但在攻角的中间范围是不稳定的,会发生尾流驰振现象。该结果与传统理论一致,为该桥的增设阻尼器的必要性提供了依据。

基于能量方法的塔周长吊索尾流驰振性能研究

为了研究塔周长吊索尾流驰振的性能,发展了尾流驰振的能量分析方法。针对典型的双圆柱索尾流驰振,采用能量分析方法计算了下游索的驰振不稳定区域,从气动力做功的角度分析了尾流驰振的机理,并讨论了圆周运动半径、频率及来流风速对尾流驰振的影响。在验证分析方法可靠性的基础上,进一步分析了桥塔尾流致塔周长吊索尾流驰振的可能性。研究结果表明:能量分析方法所得结果与经典研究较为吻合,可用于判断实际结构发生尾流驰振的可能性;塔周长吊索的自振频率较低时存在发生尾流驰振的可能性。

三维扇形覆冰单索及串列双索风致振动及尾流驰振分析

斜拉索偏心覆冰后,气动外形不再稳定,在风荷载作用下,可能诱发驰振。主要对三维扇形覆冰斜拉索以及串列双索尾流驰振进行研究。首先应用FLUENT中的SST k-ω模型对三维扇形覆冰斜拉索及串列双索的绕流场进行数值模拟,得到全向角下的阻力系数、升力系数及驰振力系数,然后依此判定覆冰斜拉索是否发生驰振,并得到某大跨斜拉桥部分斜拉索的驰振临界风速。数值分析结果表明,经过三维模拟计算的扇形覆冰直索及斜索的驰振力系数均大于零,表明在模拟的工况下,扇形覆冰单索在风荷载作用下不会发生驰振;而串列双索会在40°左右存在驰振力系数小于零的区域,会发生尾流驰振,但驰振临界风速很小。

拉索间距及覆冰形状对四索尾流驰振影响研究

利用Fluent软件对不同拉索间距及覆冰形状的覆冰四索进行三维数值模拟,得到在0°~90°风攻角范围内各拉索气动力系数的变化曲线。结果表明:不同间距四索的绕流场存在很大差异,上下游拉索距离越近,开始发生尾流驰振的风攻角角度越小,发生尾流驰振的风攻角范围越大;拉索覆冰形状对于其驰振力特性也存在一定影响,相同条件下,扇形覆冰拉索较容易发生驰振。

斜拉桥索的风振现象及天津慈海斜拉桥的抑振措施

斜拉桥的斜拉索对风荷载作用十分敏感,在风单独作用和风、雨共同作用下会发生振动。通过介绍世界几座著名桥梁斜拉索的风振实例及其抑振措施,对斜拉索的几种风致振动进行分析和总结。对斜拉桥拉索最可能发生的尾流驰振和风雨振的产生条件、振动特性、发生机理及抑振措施进行分析,最后对天津慈海桥进行分析,并论述慈海桥可能发生的三种风致振动现象,提出了三种抑振方法。

斜拉桥拉索的振动及其控制措施

分析了斜拉桥拉索涡激振动、风雨激振、尾流驰振和抖振的振动机理,并总结了控制这些振动的措施。

斜拉索减振措施探讨

分析斜拉桥拉索的各类振型的振动机制 。

斜拉桥斜拉索的风致振动形态及减震措施分析

斜拉索是斜拉桥的关键部位和主要承载部件。索的大柔度、小质量和小阻尼等特点,极易在风、雨、地震及交通等荷载作用下发生振动。拉索长时间的大幅振动对结构耐久性的影响己成为斜拉桥发展和运营中的严峻课题。文中对斜拉索的风致振动形态进行了分析,并阐述了一些常用的减震措施,为今后的进一步研究提供了基础。