特征紊流对桥梁断面抖振力贡献的力谱移植法

为研究特征紊流对钝体断面抖振力的贡献,以双边肋桥梁断面为例,基于计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟计算了均匀流场以及四种不同紊流场中的气动力,研究了不同风场条件下特征紊流对气动力的影响。提出特征紊流气动力谱移植法,得到考虑特征紊流影响的准定常理论气动升力谱。在此基础上,以节段模型为例对比研究了特征紊流对抖振响应的贡献。结果表明,特征紊流会使得气动力谱呈现出不同影响程度的波峰,造成的抖振响应高于准定常理论值;随着风场中紊流度的增大,特征紊流效应逐步减弱直至最后消失。

考虑特征紊流影响的大跨桥梁静风稳定分析方法

为了研究特征紊流抖振力对大跨度桥梁静风稳定性的影响,提出了特征紊流气动力模型,建立了考虑特征紊流影响的大跨度桥梁静风稳定分析方法。通过采用风洞实测气动力系数谱模拟特征紊流气动力系数时程,利用动力有限元算法计算了西堠门大桥的位移响应,分析了特征紊流对其静风稳定的影响。结果表明:结构仅仅是在平衡位置附近作微幅振动,特征紊流对西堠门大桥静风稳定临界风速和失稳形态没有明显影响。主要是因为特征紊流是窄带的随机过程,其能量主要集中在某一个频率附近,对西堠门大桥而言,该频率远高于结构的基频,所以特征紊流气动力未能激起较大的位移响应。

含淹没植物明渠近床面区紊流特征高度试验研究

为研究含淹没植物明渠紊流统计参数垂向分布突变位置、理论床面和渗透高度的关系,进行了含淹没刚性植物明渠水流试验,使用圆柱铝棒模拟刚性植物,采用激光多普勒流速仪(LDV)测量流场,对由纵向流速、雷诺应力、局部阻力系数分布确定的特征高度和渗透高度进行研究,比较各类紊流特征高度的相对位置,分析植物密度与淹没度对其的影响。试验结果表明,在植物密度较大的情况下,近床面区流速沿垂向保持常数,雷诺应力梯度较小,一定高度处分布规律发生明显变化,能够较容易地确定流速梯度和雷诺应力梯度突变位置,淹没度对由3种方法确定的特征高度影响不明显;各种方法确定的特征高度中,雷诺应力特征高度与渗透高度更加接近;渗透高度随植物密度与淹没度的增大而增大;渗透高度与理论床面高度存在一定的线性关系。

开槽断面斜拉桥的随机抖振数值分析

以中央开槽箱梁断面斜拉桥-上海长江大桥为工程背景,首先通过格栅紊流场节段模型测力和测压风洞试验,研究了中央开槽箱梁断面的非定常随机抖振力频谱特性和跨向相关特性;然后,借助于最小二乘拟合方法,提出了同时考虑来流紊流和特征紊流的中央开槽箱梁断面的非定常随机抖振力谱经验数学模型和抖振力跨向根方相干函数经验数学模型;其次在此基础上,建立了开槽断面斜拉桥的非定常随机抖振响应有限元频域数值分析方法,并应用于上海长江大桥的非定常随机抖振响应分析;最后,把数值分析结果与气弹模型风洞试验结果进行了对比,以检验所建立方法的可行性和可靠性。

扁平箱主梁断面抖振力频谱特性以及桥跨方向相关性研究

以南京长江三桥为背景,通过均匀流场和紊流场刚体节段模型测压试验对扁平箱梁的抖振力频谱特性和沿桥跨方向相关性进行了研究。结果显示,由于特征紊流的影响,均匀流场中的扁平箱梁也存在抖振力;在10%紊流度的紊流场中,特征紊流对扁平箱梁的抖振力也有一定的影响,但来流紊流的贡献较大,特征紊流的影响不起主要作用;实测的抖振力沿桥跨方向相关性要好于公路桥梁抗风设计规范以及其他一些规范中的取值。

扁平双边肋主梁桥梁断面抖振力及气动导纳频谱特性研究

以湖北荆沙长江大桥为背景,通过均匀流场和紊流场节段模型测力风洞试验对典型扁平双边肋主梁断面抖振力的频谱特性和气动导纳函数进行了研究。结果表明,由于特征紊流的存在,均匀流场中也存在抖振力,而且其频谱具有一个或一个以上的峰值;在紊流度约10%的紊流场中,特征紊流效应依然存在,其引起的抖振力幅值与均匀流场中相当,但由于来流紊流产生抖振力明显占据主导地位,因此特征紊流的作用并不明显;气动导纳与Sears函数有明显区别,而且并非随频率增加而呈单调下降趋势,在来流和特征紊流频谱峰值点附近均存在相应的峰值。

横风作用下列车抖振力气动导纳风洞试验研究

目前,下承式钢桁梁在高速铁路大跨度桥梁中的应用越来越广泛,但因其列车在横风作用下与主梁之间气动干扰较大,现有列车气动导纳结果并不适用。为了研究车桥不同组合方式和紊流特征参数对列车气动导纳的影响,以一座典型大跨度下承式四线钢桁斜拉桥为研究背景,利用车桥测力、测压以及脉动风速同步测量系统,在3类格栅紊流场内对车桥耦合工况进行风洞试验。同步采集风压和风速时程数据,利用自谱-交叉谱综合最小二乘法和Sears函数识别列车气动导纳,并采用计算效率更快和识别精度更高的遗传算法进行求解。研究结果表明:遗传算法可以对自谱-交叉谱总体最小二乘法取得良好的计算结果,不同风攻角下列车气动导纳u分量变化不明显,而w分量具有明显差别。同时Sears函数在高频区与列车气动导纳具有一定的相似性,但模值偏小;除此之外,紊流度和紊流积分尺度对不同车桥组合方式下列车气动导纳具有不同幅度的影响,因此在列车气动导纳识别风洞试验中,需同时考虑紊流度和紊流积分尺度的相似性。

An Experimental Study of Three-Dimensional Characteristics of Turbulent Wakes of Axial Compressor Rotors

This paper presents an experimental investigation of the characteristics of three-dimensional turbulent wakes of an isolated axial compressor rotor and a single-stage axial compressor rotor. The wakes were measured from hub to tip using a single-slant hot-wire and a four-hole conical high frequency pressure probe. The experiments were made at both design and near stall conditions. Variations of mean velocities, total pressure, static pressure and turbulence stresses in the wakes are shown and interpreted. The experimental data from the isolated compressor rotor wake are compared with that from the single-stage compressor rotor.