大跨度桥梁非线性颤振理论与试验研究

目前,在线性颤振设防标准下,大跨桥梁的设计与建设成本巨幅增加,严重阻碍了大跨度桥梁的进一步发展,亟需研究大跨度桥梁的非线性颤振特性并构建相关非线性颤振分析理论,为后颤振设防标准的构建提供理论依据。该研究发展了基于自由振动风洞试验识别幅变颤振导数的方法,建立了多/全模态耦合三维非线性颤振频域快速分析方法和能够考虑气动与结构双重非线性效应的三维时域分析方法,拓展了桥梁断面节段模型大振幅非线性颤振研究的风洞试验技术。基于发展的非线性颤振分析方法,以国内某四主缆双层桁架主梁断面悬索桥为背景,研究了该桥主梁断面的非线性颤振特性,量化了竖向自由度对该断面非线性颤振的影响,探究了多模态耦合效应对该桥非线性颤振的影响规律,发现了几何非线性效应诱发的超谐共振行为,并据此揭示了几何非线性效应对该桥非线性颤振的影响机制。该文方便读者对非线性颤振理论与分析方法有比较全面的了解,研究可为今后建立大跨桥梁的韧性抗风设计标准提供理论支撑和技术保障。

含间隙全动舵面的非线性颤振模式及被动抑制方法

间隙非线性环节广泛存在于飞行器的结构当中,由其引发的极限环振荡(LCO)往往造成结构的疲劳破坏,但目前关于全动舵面非线性颤振机理和被动抑制方法的研究相对较少。针对典型含扭转间隙小展弦比全动舵面开展分析,提出了2种典型的非线性颤振模式,并探索相应的非线性颤振被动抑制方法。基于描述函数法和活塞理论建立舵面的动力学模型,考虑到间隙非线性环节导致刚度降低的效果,计算对比了2种不同扭转刚度下全动舵面的非线性颤振特性,进而提出了2种不同的非线性颤振模式,其中,模式Ⅱ不存在稳定的极限环振荡过程,可以有效抑制低于线性颤振边界的极限环振荡问题;研究了舵面根部弯曲扭转刚度和质量特性对非线性颤振模式和极限环初始动压的影响,提出相应的非线性颤振被动抑制策略。针对所提算例,数值计算结果表明:通过调整舵面根部弯曲扭转刚度或质量特性可以提高极限环初始动压,甚至改变非线性颤振模式,从而达到非线性颤振抑制的目的。

多自由度强非线性颤振分析的增量谐波平衡法

对多个自由度上含有强非线性项系统的颤振问题,推广应用增量谐波平衡法进行分析.考虑带有强非线性立方平移和俯仰刚度项的二元机翼颤振方程,首先将方程用矩阵形式表示,然后把振动过程分解成为振动瞬态的持续增量过程,再采用振幅作为控制参数应用谐波平衡法,以这种推广的增量谐波平衡法求得方程解的表达式,并由此分析系统的分岔现象、极限环颤振现象和谐波项数的取值问题,最后用龙格_库塔数值方法进行验算,结果表明:分析多个自由度的强非线性颤振,增量谐波平衡法是精确有效的.

二元机翼非线性颤振系统的若干分析方法

颤振是气动弹性力学研究最重要的问题之一。综述了亚音速条件下二元机翼非线性颤振研究的若干分析方法。目前,基于二元机翼的非线性颤振分析采用的定性方法主要是常微分方程定性理论,定量方法则有等效线性化法、描述函数法、谐波平衡法以及摄动法等。对所提及的方法做了简要的评述和比较,指出了进一步研究的问题。

非线性颤振系统中既是超临界又是亚临界的Hopf分岔点研究

研究了二元机翼非线性颤振系统的Hopf分岔.应用中心流形定理将系统降维,并利用复数正规形方法得到了以气流速度为分岔参数的分岔方程.研究发现,分岔方程中一个系数不含分岔参数的一次幂,故使得分岔具有超临界和亚临界双重性质.用等效线性化法和增量谐波平衡法验证了所得结果.

大跨度桥梁的三维非线性颤振频域分析

在PK F法的基础上 ,考虑结构以及气动力随风速的非线性变化因素 ,提出了大跨度桥梁的三维非线性颤振频域分析方法 .该方法能预测出结构在颤振前后整个过程的振动特性以及颤振临界状态 ,并且可以对结构变截面、复杂结构等情况进行分析 .最后 ,对江阴长江大桥和荆沙长江大桥进行了颤振分析 ,揭示了非线性因素对桥梁结构颤振特性的影响以及不同断面桥梁结构颤振形态的内在本质和统一性 .

强非线性颤振分析的增量谐波平衡法

将增量谐波平衡法推广应用于二元机翼的颤振问题 ,为强非线性颤振分析提供了一条有效的新途径。对含有粘性阻尼项和强非线性立方俯仰刚度项的二元机翼颤振方程 ,采用振幅作为控制参数应用谐波平衡过程 ,求得方程解的表达式 ,并由此分析系统的分岔现象和极限环颤振现象 ,得到了极限环的大小。用龙格 库塔法进行数值计算验证 ,结果表明 :推广后的增量谐波平衡法在强非线性颤振分析中合理可靠 。

非线性颤振极限环稳定性判别的复数正规形法

研究了一类含立方非线性二元机翼颤振系统的分岔现象.应用Hopf分岔定理验证了系统在颤振临界点必发生Hopf分岔.利用中心流形定理将系统降维,然后应用Hopf分叉的复数正规形法判别了极限环的稳定性,所得结果与数值解吻合.

结构非线性颤振半主动控制的理论及实验研究

对结构非线性颤振的半主动控制即“颤振驯化”方案进行了理论及实验研究。以二无非线性颤振系统为对象,分析了半主动控制的原理及带有半主动控制环节后系统的响应特性。设计了相应的颤振半主动控制的风洞实验模型,系统响应信号的监测处理、刚度调节机构的运转控制由以8031芯片为主体的单片机来完成。风洞实验取得了良好的控制效果。

风力机叶片失速非线性颤振伺服气弹智能控制

针对风力机叶片失速非线性颤振断裂失效问题,阐述其伺服气弹智能控制的数值模拟过程。结构模型基于弹簧-质量-阻尼器的对称典型叶型截面,基于纯变桨运动的气动力适合于研究失速非线性颤振的大攻角非线性气动力模型。非线性气弹方程组基于状态变量的泰勒级数展开后,利用低阶近似,进行线性化处理。二阶变桨激励器的伺服气弹智能控制系统基于平衡点状态和线性化模型的反馈系统。系统阐述基于线性化时域响应不稳定性的伺服控制方法,包括最优模糊PID控制方法和径向基函数神经网络PID控制方法,通过对比,论证这2种方法的有效性和适用性。研究结果表明:在不同的硬件基础、控制精度、及控制过程要求条件下,这2种方法可以折中选择,为风力机叶片失速非线性气弹变桨控制提供新的思路。

强非线性颤振分析的一种改进的等效线性化法

分析了含三次强非线性俯仰刚度的二元机翼颤振系统。线性化俯仰方向的自由振动方程,用谐波平衡法求解该线性化方程,得到了改进的等效线性刚度。采用改进的等效刚度,应用等效线性化法得到了非线性颤振系统的分岔方程。算例表明,该方法提高了等效线性化法的精度。

不同迎角下翼型非线性颤振实验研究

设计并加工了NACA0012翼型能在不同迎角下作沉浮、俯仰两自由度的振动装置，在低速风洞中对其进行气动弹性测试，得到不同速度、不同迎角下的气动弹性响应。通过对不同速度下、不同迎角下的气动弹性响应进行分析，呈现出明显的非线性特征，得到了迎角对翼型颤振临界速度的影响。

非线性颤振对切削加工过程影响初探

研究了非线性颤振对机械加工过程的影响规律,通过实验得到了颤振稳定性图,分析了切削用量、切削条件与非线性颤振及机械加工质量的关系,提出了避免切削颤振的发生与提高加工质量的工艺措施。

铣床非线性颤振的试验研究

通过铣床非线性颤振的试验研究 ,得出“振幅稳定性” ,起振阈。

基于流固耦合方法的大展弦比机翼非线性颤振特性分析

针对大展弦比机翼的柔性大、变形大的特点,基于非定常涡格法求解机翼的非定常气动力,考虑了大展弦比机翼的几何非线性效应,提出了计算大展弦比机翼非线性颤振分析的新方法。以某平板机翼为例:计算了机翼静气动弹性变形、振动特性和颤振特性随着攻角增大的变化规律;比较了颤振结果线性解与非线性解的差别。相关的分析结果表明:大展弦比机翼颤振分析需同时考虑几何非线性效应和气动网格变形。

流线型箱梁断面的非线性颤振幅值特性研究

流线型箱梁断面的自激气动力与振幅非线性相关。为更加准确地预测颤振临界风速,同时探索大振幅振动下的颤振后状态,建立数值风洞模型识别出随折算风速与振幅变化的气动自激力,并计算出相应的非线性颤振导数。在经典的颤振理论基础上,提出更加精细的考虑颤振幅值因素的二自由度复模态特征值求解方法。基于此方法,编制了非线性颤振幅值幅响应搜索程序,并对颤振后幅值特性进行研究。研究表明:单频单自由度振动下,随着幅值增大,桥梁断面气动力非线性成分比重扩大,单频单一扭转运动下尤其明显;所建立的颤振求解方法能准确预测颤振临界风速;流线型箱梁发生颤振后,振幅会出现阶跃性增长,达到某一大幅值后,又基本处于振幅缓增的振动状态。

非线性颤振理论对机加工作用的探讨

阐述了非线性颤振理论在机械加工中的重要作用

风力机叶片二元翼段线性颤振频域分析

为了研究风力机叶片翼型颤振引发气动弹性失稳问题,本文从二维翼段的沉浮和俯仰运动出发,建立二元翼段结构动力学方程,结合频域气动力模型Theodorsen理论计算非定常气动力,建立二元翼段线性颤振模型。采用v-g法对该模型进行频域求解,得到颤振速度和相应的颤振频率。进一步分析了翼型的无量纲参数对颤振的影响,结果表明颤振速度随着质量比增大而增大。

谈谈对大跨度桥梁非线性颤振的研究

桥梁风场的脉动风速时程研究，是桥梁设计重要的研究课题。它是根据脉动风速计算抖振力和自激力，然后将抖振力和自激力的计算编入非线性有限元程序中，最后再运用这样的程序进行计算。本文作者首先提出了改进模拟随机风场的谐波合成法，以此来提高模拟的效率，很有启发性。