大幅振動橋樑高階自激力及氣動參數研究

《大幅振動橋樑高階自激力及氣動參數研究》是依託大連理工大學,由許福友擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：大幅振動橋樑高階自激力及氣動參數研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：許福友

項目摘要

大跨橋樑風致大幅振動可誘發明顯高階自激力，進而反饋影響氣動穩定性。以往大幅簡諧、單自由度、強迫振動風洞試驗方法，難以真實模擬模態耦合效應和高階自激力對振動反饋效應。本課題提出可實現大幅、非簡諧、耦合、強迫振動數值模擬方法；發展計入自激反饋效應、分析顫振(馳振)後狀態的自由振動數值模擬方法；研發可實現大幅自由振動風洞試驗的新型裝置；提出高階氣動參數的實用識別方法。採用新提出、發展的數值模擬方法及風洞試驗裝置，全面研究典型橋樑二維節段模型和三維氣彈模型在不同振幅、折算風速、平均攻角、模態參數等條件下高階自激力、非線性氣動參數和顫振(馳振)後狀態特性。融合數值模擬及風洞試驗獲得的流場、壓力場、空間振動信息，研究高階自激力主要影響因素，揭示其對顫振(馳振)的作用機制。最終在橋樑高階自激力的數值模擬技術、風洞試驗方法、非線性氣動參數識別理論、顫振(馳振)後狀態風洞試驗和數值模擬方法等方面取得突破。

結題摘要

大跨橋樑風致大幅振動可誘發明顯高階自激力，進而反饋影響氣動穩定性。以往大幅簡諧、單自由度、強迫振動風洞試驗方法，難以真實模擬模態耦合效應和高階自激力對振動反饋效應。經過四年研究，課題組研究了氣動阻力的高階成分，揭示了高階阻力產生機理，提出了適用於氣動阻力的非線性氣動力模型；研發成大振幅自由振動試驗裝置；發展了主梁斷面大幅軟顫振數值模擬程式，研究了初始攻角、阻尼比等參數對大幅軟顫振特性的影響；開展了典型主梁斷面大幅軟顫振風洞試驗，探討了軟顫振現象機理，提出了表征軟顫振現象的簡單多項式模型；通過時變幅值強迫振動數值模擬，研究了振幅及振幅變化率（即阻尼比）對典型主梁斷面顫振導數的影響；探討了顫振導數耦合強迫振動法識別中，靜氣動力、慣性力及信號長度對精度的影響，給出了合理的信號長度；提出了含有幅變顫振導數的非線性氣動力模型，該模型可用於預測斷面渦激振動及大幅軟顫振現象；基於數值模擬研究了典型主梁斷面的氣動力特性，提出了改善斷面氣動性能的氣動措施；提出了基於自由振動數值模擬的顫振導數識別方法；研究了無風環境下主梁斷面大振幅條件下非線性氣動阻尼及附加質量特性，提出了準確識別機械系統參數的試驗方法；採用新提出、發展的數值模擬方法及風洞試驗裝置，全面研究典型橋樑二維節段模型在不同振幅、折算風速、平均攻角、模態參數等條件下高階自激力、非線性氣動參數和顫振後狀態特性。融合數值模擬及風洞試驗獲得的流場、壓力場、空間振動信息，研究高階自激力主要影響因素，揭示其對顫振的作用機制。最終在橋樑高階自激力的數值模擬技術、風洞試驗方法、非線性氣動參數識別理論、顫振後狀態風洞試驗和數值模擬方法取得了一些重要成果。