基于CFD和CSD耦合的涡激振和颤振气弹模拟

以FLUENT为研究工具,利用微分方程的数值解法和动网格技术,基于松耦合方法将Newmark算法通过UDF嵌入Fluent软件中,实现了CFD和CSD耦合的分析方法。通过建立二维方柱绕流模型,计算了竖向单自由度振动方柱在不同风速下的斯托罗哈数和最大振幅的变化情况,模拟了涡激共振锁定现象,并与静态绕流的结果进行了对比。建立了具有竖向振动和扭转振动二自由度的薄平板模型,并识别了该平板的颤振导数,进一步对其弯扭耦合颤振临界风速进行了逼近计算,本方法得到的颤振临界风速与Scanlan理论公式和Selberg理论公式吻合较好。

基于本征正交分解和动态模态分解的尾涡激振现象瞬态过程的模态分析

尾涡激振是气动弹性领域的一种常见现象,在上游尾迹的气动激励下会导致流场中结构的强迫振动,该现象会危及被激励结构的完整性和疲劳寿命.本文使用圆柱/叶片的近似模型研究尾涡激振问题.该模型中的圆柱位于上游均匀来流,能够产生特定频率的卡门涡街;叶片位于流场下游,受到圆柱尾迹所施加的持续脉动激励,产生强迫振动.针对尾涡激励的近似模型,通过基于Fluent的二维数值计算,模拟了上游圆柱的脱落涡以及叶片从固定到以本身自然频率振动的瞬态过程,从而提供了流场变化过程的详细信息.基于非定常瞬态结果,采用本征正交分解(POD)和动态模态分解(DMD)分析方法,通过分解与重构叶片附近流场的压力场,提取模态频率及其变化过程,得到了尾涡激振现象的主要流动特征.通过对比两种模态分析结果发现,POD重构在残差处理方面有较大的优势,而DMD在单一频率模态的提取以及变化情况的分析方面更有优势.

拱桥吊杆涡激风振疲劳寿命评估

为便于桥梁运营管理单位开展桥梁维护与检修,对易于发生涡激风振的圆形截面刚性吊杆的可承受应力循环次数进行估算,以明确吊杆的合理使用年限。借助经典涡振起振临界风速、涡激力计算模型及钢结构疲劳寿命计算理论,对某钢管混凝土拱桥的所有圆形吊杆的动力特性、内力及对应的涡振风速范围进行计算,并结合桥梁所在地风速分布统计数据,对该桥吊杆的涡振疲劳寿命进行评估。研究结果表明,该桥吊杆的疲劳寿命在当地风速条件下满足使用要求,计算过程可为同类桥梁吊杆涡振疲劳寿命评估提供参考。

刚性索风致振动及制振措施的研究

介绍针对大里营斜拉桥刚性斜拉索所进行的气动弹性模型风洞试验研究。结果表明，带圆弧形截面的拉索对涡激振有较好的抑制作用．也能较全面地改善对拉索的抗风性能。

浅谈半潜FPSO舷外护管及其支撑结构设计

半潜FPSO的立柱外侧布置有不同功能和尺寸的护管,这些护管及其支撑结构会承受较大的波浪冲击载荷,同时,要避免在高流速和风速条件下发生涡激振动,其中脐带缆护管底部还存在较大的集中载荷,行业规范中尚无较为明确的护管结构设计指南。根据圆管1阶固有频率和泄涡频率计算,通过确保护管自振频率超出泄涡频率25%的方式来避免涡激振动发生,并确定最大跨距。然后通过极端海况下波浪砰击载荷校核护管强度,结合立柱水平强框高度确定支撑位置及对应反力。推荐一种护管支撑结构设计形式,并使用反力及波浪冲击载荷分析护管支撑结构强度。针对脐带缆护管底部有较大集中载荷的情况,合理利用护管自身刚度和强度,推荐了一种简单底部支撑结构的设计思路。

输电塔钢管构件涡激风振防振锤抑制方法研究

输电钢管塔的某些圆截面构件在一定条件下会发生由卡门涡街引起的横风向振动,持续振动可能会造成结构破坏。目前抑制该振动的方法主要采用限制构件一阶起振临界风速即间接限定构件长细比。借鉴输电线路导地线微风振动的防振锤抑制方法,研究了采用防振锤抑制钢管构件的涡激风振,提出了钢管构件涡激风振抑制用防振锤的参数设计计算及优化方法,并通过试验验证了该方法的良好抑制效果,研究成果为钢管塔的涡激风振防治提供一种新的技术方案。

串列双塔柱风荷载及涡振性能研究

为研究双柱式桥塔的抗风性能,以实际桥塔为工程背景,采用CFD数值模拟方法分析了两串列带圆角方柱的非定常绕流。在验证分析方法可靠性的基础上,研究了风速、风向角和间距比对截面气动力系数的影响,并进一步研究了各塔柱及桥塔整体的涡振性能,对比了由于上游、下游塔柱侧力大小及变化趋势不同而造成桥塔扭矩增大的效应。研究结果表明:间距比的不同将显著改变串列塔柱气动特性,其临界值约为3,此时两柱阻力系数之和最小,侧力系数均方根值接近零。

斜拉桥拉索粘性剪切型阻尼器的试验研究

介绍一种新型的斜拉桥拉索用粘性剪切型阻尼器 ,并给出了该阻尼器的设计原理和方法。采用动力试验方法对其减振性能及减振规律进行了室内及实桥试验研究 ,并对试验结果进行了分析。研究表明 ,这种阻尼器减振性能优良 ,完全可用于实桥拉索的振动控制。

大跨度城市轨道交通斜拉桥主梁气动特性CFD研究

以某大跨度斜拉桥为背景,采用大型商用软件CFD进行数值风洞模拟,得到了斜拉桥主梁截面三种形式的气动特性参数,即三分力系数、车桥组合下的三分力系数以及颤振导数,讨论了其随攻角和风速变化的规律及原因,考查了车辆存在对主梁断面气动特性的影响,并进一步由升力系数功率谱曲线分析了主梁的涡振性能,通过三种主梁截面的气动特性对比研究,可进一步对主梁截面进行优化设计,所得结论对大跨高墩轨道交通斜拉桥的主梁截面形式选取具有一定指导意义。

某跨海大桥节段模型风洞试验

通过某跨海大桥节段模型静力试验和动力试验获得了主梁的静力三分力系数随攻角的变化规律,主梁的颤振特性以及识别了主梁的8个颤振导数,并对试验获得的结果进行了详细的分析。其分析评价的结果直接用于指导该桥的设计与施工,也可为同类桥梁提供理论参考。