基于低频悬吊系统的安装灯具斜拉索驰振性能风洞试验研究

灯具会改变斜拉索的气动外形,可能诱发驰振现象。为研究不同灯具对斜拉索驰振性能的影响,以某大跨斜拉桥斜拉索为研究背景,开发了一种节段模型低频悬吊系统,开展了节段模型测振风洞试验,研究了0°~180°风攻角条件下安装抱箍式、贴合式和分离式三种灯具斜拉索的驰振性能,并分析了附加阻尼对安装灯具斜拉索驰振临界风速的影响。研究结果表明:灯具类型和斜拉索直径是影响斜拉索驰振性能的重要因素。安装抱箍式灯具斜拉索未发生驰振现象,而安装贴合式灯具斜拉索和分离式灯具斜拉索均在低风速下发生了驰振,说明贴合式灯具和分离式灯具会降低斜拉索的驰振稳定性。安装贴合式灯具时,直径200 mm斜拉索的不利风攻角是160°,而直径260 mm斜拉索的不利风攻角是30°和150°;安装分离式灯具时,直径200 mm斜拉索的不利风攻角是20°,而直径260 mm斜拉索未观测到驰振现象。增大阻尼能提高斜拉索的驰振临界风速。相关研究成果可为安装灯具斜拉索的驰振性能及减振控制研究提供重要参考。

EXPERIMENTAL STUDY OF TURBULENT WINGBODY JUNCTION AND WAKE FLOW

The experiments on wing-body junction and wake flow were carried cul in alow-turbulence level wind tunnel. Intensive measurements of various flow parameters,such as the distributions of the pressure on the surfaces of the airfoil and the plate wall,the mean and the fluctuating velocities, as well as the turbulent kinetic energy, u'v' andu'w'etc., were performed. The results indicate that the secondary flow entrains the highvelocity low-turbulence fluid into the boundary layer and the wake vortex dominates thewake flow. Some regions of negative eddy viscosity are also found in the wake flow.

大跨长挑臂钢箱组合梁桥抗风性能试验研究

为了解大跨长挑臂钢箱组合梁桥抗风性能及选取合适的声屏障形式,以挑臂长7.5 m的钢箱组合梁桥——临猗黄河大桥为背景,基于有限元计算的施工及成桥阶段桥梁动力特性指标,制作1个缩尺比1∶50的最大悬臂施工状态钢箱梁、2个缩尺比1∶60的成桥状态不同声屏障设置形式(直线形、折线形,高度均为2.5 m)钢箱组合梁节段模型进行风洞试验,分析施工和成桥状态主梁断面的涡振、颤振和驰振性能。结果表明:施工状态的钢箱梁抗风稳定性良好,涡振、颤振和驰振性能均满足设计要求;常遇风攻角为0°、±3°时,成桥状态下,设置2.5 m高折线形声屏障可有效抑制主梁涡振响应,且颤振与驰振稳定性均满足规范要求;设置2.5 m高直线形声屏障的主梁发生明显的竖向涡振现象。该桥主梁最终采用2.5 m高折线形声屏障。

覆冰六分裂导线舞动风洞试验及起舞风速研究

设计了风洞内支架式三自由度频率可调的弹簧悬挂装置,针对D形覆冰六分裂导线节段气弹模型分别在3种典型风攻角下进行了5种竖/扭自振频率比的变风速舞动试验,通过单目测试技术记录了导线在均匀风场作用下的三自由度运动响应时程,并与三自由度舞动响应非线性求解计算结果进行了对比验证。分别基于试验实测和舞动非线性计算判定了实际输电线路的起舞风速。试验结果表明:在Den Hartog系数为负值的风攻角下导线以竖向舞动为主,却因Nigol系数正负不同在相同的竖/扭频率比下表现出不同的舞动规律,且当竖/扭频率比大于等于1和小于1时表现出两种相反的舞动特性,即导线竖向运动幅值随风速增大而增大亦或是导线舞动失稳风速仅限于某一区间;在Nigol系数为负值而Den Hartog系数为正值的风攻角下导线以扭转舞动为主且转角幅值随风速增大而增大,当竖/扭频率比大于1时转角幅值较大。

不同厚度新月形覆冰对导线气动力特性的影响

对4种不同覆冰厚度新月形断面的覆冰导线进行了气动力特性风洞试验。在5％的均匀湍流场下，获得了0°～180°攻角间单导线、二分裂导线及四分裂导线的气动三分力系数。将覆冰厚度标准化后，研究了0．25D、0．5D、0．75D和1．0D四种覆冰厚度下导线气动力的变化规律。考察了分裂导线与单导线的气动三分力系数差异。结合DenHartog和Nigol舞动机理，分析了驰振的不稳定区。试验结果表明：较厚覆冰时，升力和扭转系数在15°～20°之间出现尖峰；分裂导线升力系数与单导线基本一致，阻力系数部分攻角下降幅较大，扭转系数则与单导线有较大区别。两种机理下，15°～30°攻角都是覆冰导线驰振不稳定区。

覆冰导线气动力特性风洞试验研究

针对新月形和D形两种典型断面的特(超)高压大截面厚覆冰导线进行了气动力系数风洞测试,获取了0°～180°以5°攻角为间隔各攻角下的气动三分力系数,用均匀流和均匀湍流两种风场研究湍流对覆冰导线气动力特性的影响,根据Den Hartog理论分别计算了两种断面覆冰导线可能发生舞动的风攻角范围。结合以往试验结果,归纳了两类覆冰冰型气动力特征。试验结果表明:新月形覆冰导线可能发生Den Hartog舞动的攻角范围为15°～30°和175°～180°,D形覆冰导线则为65°～85°及135°～150°,湍流对导线舞动气动稳定性存在影响。与以往试验结果比较表明:本试验结果能够反映大覆冰新月形和D形覆冰导线气动力特征,小覆冰新月形导线气动力特性则与本试验存在较大差异。

准椭圆形覆冰导线气动力特性试验研究

通过刚性节段模型高频天平测力风洞试验,对圆形截面、裸导线截面及6种不同类型的准椭圆形覆冰导线气动力特性进行了研究,讨论了紊流度、风向角、覆冰饱满度、覆冰厚度等因素对导线气动力特性的影响以及准椭圆覆冰导线驰振稳定性的一般规律.结果表明,紊流度的增加使得模型力系数绝对值在一定范围内变小;覆冰形状和风向对导线气动力特性有很大影响;准椭圆形覆冰导线一定风向角范围内存在驰振可能.试验得到的数据和结论可以为这类覆冰导线的风致响应计算及破坏机制的分析提供基础数据.

基于气弹模型的串列主缆气动干扰试验研究

通过气弹模型风洞试验,研究了不同间距、风偏角、风攻角及固有频率下,串列主缆间的气动干扰特性。研究发现,上游模型的干扰会导致下游模型发生面外振动为主的尾流驰振,且上游模型会跟随下游模型出现同一模态的小幅振动;随间距减小,尾流驰振临界风速相应降低;在负风偏角及正风攻角下模型更易出现尾流驰振;固有频率变大,总体上可提高尾流驰振临界风速。发生尾流驰振时,有多个模态共同参与振动,且各模态参与程度随风速增加规律性变化。模型运动轨迹为主轴在一、三象限内的椭圆振动,随风速增加主轴方向没有明显改变。最后,通过CFD数值模拟方法对试验结果合理性进行了验证。

H型截面吊杆气动性能的风洞试验

通过节段的静力和弹簧悬挂动力试验,对H型吊杆的驰振和涡激振动性能进行分析。不做任何措施的H型吊杆在一定的风速下很容易发生驰振。腹板开孔的H型吊杆在横桥向来流时表现出涡激振动,开孔越大,涡激振动的振幅越小,方形孔比圆形孔要小,表明腹板开孔可以抑制该风向的涡激振动。在接近顺桥向来流的作用下,实腹和只在腹板开孔的吊杆在风速不高时表现为弛振。在翼板上加风嘴时,没有发现驰振,但横桥向来流时的涡激振动有较大增加。翼板上开孔能提高吊杆顺桥向来流的驰振临界风速,甚至杜绝该方向驰振的发生,且开孔越大效果越好。

斜拉索干索驰振机理的数值模拟与试验研究

采用数值模拟和风洞试验方法,对斜拉索干索驰振机理进行研究。基于FLUENT商业软件平台,研究斜索和直索的风压系数、平均气动力系数、脉动气动力系数的轴向相关性等;进行粒子图像测速(PIV)风洞试验,对斜索尾流进行可视化显示,研究斜拉索背后的轴向流特性。研究结果表明:斜索的平均升力系数在特定的倾角和风攻角下会发生突降,其驰振力系数为较大的负值(-4.74),可能会发生驰振;斜索各截面气动力的轴向相关系数比直索要小,甚至会出现负的相关系数;在平均气动力系数突降的风攻角下,尾流中的轴向流不是非常明显,轴向流对于干索驰振的影响值得进一步定量研究。

覆冰导线三自由度耦合舞动稳定性判定及气动阻尼研究

利用风洞内支架式三自由度频率可调的弹簧悬挂装置对D形覆冰六分裂导线节段气弹模型进行舞动试验,在不同气动力特性的风攻角下调整竖/扭自振频率比及风速,激发并记录纯竖向、纯扭转、竖扭耦合和扭转水平耦合等失稳舞动。分别基于实测响应和三自由度舞动响应非线性数值模拟结果识别导线的竖向和扭转气动阻尼并与Den Hartog或Nigol舞动理论计算值进行对比,研究导线气动阻尼与气动特性、自振特性及风速之间的关系。试验结果发现:由于Den Hartog或Nigol系数正负不同以及竖/扭频率比不同,导线气动负阻尼绝对值会随风速提高以指数形式增大或者是随风速提高先增大后减小至小于结构阻尼;用单自由度舞动理论来预测三自由度舞动存在较大缺陷且偏于不安全。基于特征值摄动法提出覆冰分裂导线竖向-水平-扭转三自由度耦合的舞动稳定性判断条件式,解释了无法用Den Hartog或Nigol单自由度稳定性判断条件式说明的舞动现象,并得到试验结果的验证。

湍流度对覆冰导线气动力特性影响的试验研究

为研究风场湍流度对覆冰导线气动特性的影响,对D形和4种不同冰厚的新月形覆冰导线进行了风洞试验。分别在均匀流、5%和13%这3种均匀湍流场中,获得了0～180°攻角范围内单导线和6分裂导线的气动三分力系数,考察了2种不同形状覆冰时导线截面的气动力特性。同时,根据Den Hartog竖向和Nigol扭转舞动机理,讨论了覆冰导线的驰振不稳定攻角范围,为覆冰导线的舞动计算分析提供了有效参考。研究结果表明:湍流会降低新月形覆冰导线的气动稳定性,其中5%的湍流场对弛振稳定性的影响最为不利。然而对D形覆冰导线而言,湍流仅会略微改变气动力系数的幅值,不会影响其随攻角的变化规律;此外,湍流会提高D形覆冰导线的竖向弛振稳定性,而对扭转弛振稳定性几乎没有影响。

串列双索气弹模型的风洞试验研究

为研究斜拉桥串列拉索或悬索桥无吊杆串列主缆在风荷载作用下的相互干扰情况,通过自行设计的拉索试验装置,对两串列拉索进行了一系列的气弹模型风洞试验.试验得到索间距W/D在5.85～20变化(W为拉索中心距,D为拉索直径),风偏角在-90°～90°范围内变化时上下游索的一些响应特性.试验观测到了明显的尾流驰振现象,且试验结果表明索间距与风偏角的变化对串列拉索是否出现尾流驰振都有明显的影响.在发生尾流驰振时,以下游索面外的振动为主,且其临界风速随索间距W/D变小而降低;在同一索间距下,0°风偏角为最不利状态,且负风偏角比正风偏角更容易发生尾流驰振.

大跨度缆索承重桥并列索尾流激振研究

近距离并列索（并列吊索和并列斜拉索）在大跨度缆索承重桥中应用广泛,下游索常会发生尾流致涡激共振、尾流驰振和尾流颤振等尾流激振。以间距为4 D（D为圆柱直径）的串列和错列双圆柱的尾流致涡激共振和尾流驰振为研究对象,在风攻角为0°~20°的条件下,主要通过风洞试验研究了下游圆柱发生尾流激振的起振条件、振动幅度和运动轨迹,研究了提高结构阻尼比的减振效果,讨论了尾流驰振的雷诺数效应,结合静止双圆柱绕流场的大涡模拟结果对尾流干扰机理进行了探讨。研究表明：在某些风攻角下,下游圆柱的尾流致涡激共振振幅远大于单圆柱涡激共振振幅;在0°以外的其他风攻角下,下游圆柱均发生大幅尾流驰振,但小攻角（5°和10°）与大攻角（20°）下的尾流驰振现象有明显差别,很可能存在不同的流场激励机理;风攻角为15°时,下游圆柱的尾流驰振有明显的雷诺数效应,其动力响应特性与经典驰振不同,下游圆柱起振后的振幅和运动轨迹随雷诺数（风速）的增大呈现复杂的变化形态;提高结构阻尼比可有效抑制下游圆柱的尾流致涡激共振,但对尾流驰振的减振效果不佳。

高速铁路接触线气动力特性的风洞试验研究

对我国高速铁路接触线的2∶1比例尺模型进行风洞试验,测量接触线模型在不同紊流场中不同风速下受到的顺风向阻力、横风向升力和垂直方向扭矩,分析接触线模型的阻力系数、升力系数和扭矩系数随风攻角的变化规律,研究接触线模型的截面凹槽对其气动力特性的影响;运用邓哈托垂直振动理论,分析接触线模型的舞动稳定性。结果表明:在-45°和45°风攻角附近,由于风向与接触线模型截面凹槽的斜边接近垂直,使接触线模型受到的气动阻力明显升高;紊流场的增大会降低接触线的气动稳定性,二者呈非线性关系;在无覆冰情况下接触线模型受到的扭矩极小,接触线模型舞动主要是由横风向升力的变化引起;接触线舞动的临界风速与其自振圆频率和机械阻尼成正比。

覆冰导线气弹模型舞动风洞试验研究

制作了D形和新月形两种典型覆冰断面的单根及分裂覆冰输电导线气弹模型,通过调整导线模型的弹簧刚度、悬挂点位置和配重质量获得不同竖向/扭转自振频率比,并调整风攻角和风速,在风洞中激发并记录D型单根覆冰导线和新月形二分裂、四分裂覆冰导线的舞动现象。D型单根覆冰导线在竖向/扭转自振频率比接近和远离时均能观察到舞动现象;而新月形二分裂、四分裂覆冰导线只在竖向/扭转自振频率比接近时发生舞动。试验结果表明:竖向/扭转自振频率比将影响导线舞动稳定性,相同覆冰断面的分裂导线与单根导线表现出不同的舞动稳定性特征,导线扭转响应对导线舞动的产生及舞动过程中的竖向运动响应均有较大影响。

新月形覆冰八分裂导线舞动特征研究

通过风洞试验测量得到典型新月形覆冰八分裂导线各子导线的空气动力系数随风攻角的变化曲线。由于尾流干扰的作用,各覆冰子导线的气动特性存在明显差异。基于得到的覆冰导线的气动参数,利用ABAQUS有限元软件,模拟典型覆冰八分裂线路的舞动过程,分析得到不同档距线路在不同风速、初始风攻角以及导线初始张力等条件下的运动轨迹、振动频率、模式和幅值等舞动特征。所得结果对覆冰八分裂导线舞动特征的认识以及舞动防治技术的开发具有重要的价值。

高速铁路接触线覆冰后气动力特性的风洞试验研究

以我国高速铁路用接触线为原形,制作比例为2∶1、高为0.5m、覆冰倾斜角为45°、覆冰层厚度分别为0,3.7,7.4和14.8mm的4种接触线试验模型,进行风洞试验,测量接触线试验模型分别在5,6.5,8和10m·s-1风速下受到的顺风向阻力、横风向升力和垂直方向扭矩,分析接触线试验模型的阻力系数、升力系数随风攻角变化的规律,并运用邓哈托垂直振动理论研究接触线试验模型的气动稳定性。结果表明:无覆冰和风攻角为-45°时接触线试验模型的阻力系数和升力系数有明显的波谷,且邓哈托系数出现极小值,这表明接触线截面上的凹槽明显降低了其本身的气动稳定性;风攻角为-45°^-15°时,随着接触线试验模型覆冰厚度的增加,邓哈托系数减小,这表明覆冰厚度的增加会降低接触线的气动稳定性。

不同自由度下覆冰四分裂导线舞动特征分析

基于哈密顿变分准则,推导了单档导线的振动控制方程,通过建立的气动荷载模型得到考虑气动荷载影响的覆冰导线舞动控制方程.进行风洞试验并得到覆冰四分裂导线的三分力气动系数,利用泰勒定律将气动系数在攻角α=0处展开,得到了气动系数的三次拟合曲线.采用摄动法求解了二自由度下覆冰导线的位移响应,接着采用数值法求解了三自由度下覆冰导线的位移响应.最后,通过具体的数值算例分析了两者位移响应的区别.算例分析表明:二自由度下覆冰导线的位移响应与三自由度下覆冰导线的位移响应存在一定的区别,三自由度下覆冰导线的舞动更符合导线真实状态下的舞动,其结果更具有参考价值.

雷诺数对椭圆形断面气动力及驰振稳定性的影响

具有类似于圆形断面的细长结构常发生大幅的风致不稳定振动,气动力分析是研究该类振动机理的主要方法,雷诺数是该类结构气动力的主要影响因素之一。通过长短轴之比为1.5的椭圆形断面刚性模型测压风洞试验,得到了雷诺数从32k^250k范围内的气动力。讨论了雷诺数对平均气动力、平均风压分布、流动特征点、斯托洛哈数的影响规律。采用考虑雷诺数和振动方向影响的驰振稳定性分析方法,分析了该断面的驰振稳定性。结果表明,在高雷诺数范围内,随着雷诺数的增大平均阻力系数减小、平均升力系数随风向角的变化更剧烈、最小风压点和分离点向尾流移动、规则的漩涡脱落消失;在雷诺数对气动力有明显影响的区域内,气动阻尼为负值,结构可能发生驰振,横风向振动负气动阻尼主要归因于雷诺数对平均气动升力随风向角的变化的影响,顺风向振动负气动阻尼主要是由于平均气动阻力随雷诺数增大而减小造成的。