《大跨徑渡槽渦振誘發的水體參數晃動研究》是依託同濟大學，由李遇春擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：大跨徑渡槽渦振誘發的水體參數晃動研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李遇春
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
大跨徑渡槽在風的作用下會產生強烈的周期性旋渦脫落，由於渡槽攜帶大量水體，槽身結構豎向自振頻率容易與旋渦脫落頻率重合而發生渦振，槽身的渦振容易誘發槽內水體的參數晃動，使得水體產生大幅晃動，加劇渡槽結構的振動，對渡槽結構安全構成潛在威脅，這種渦振所誘發的水體參數晃動是渡槽系統特有的一種物理機制，針對這種機制的研究還是一個空白。本項目將建立一種新的半解析/半數值方法，確定任意截面水槽參數晃動（包含阻尼的影響）的發生條件，並採用參數振動試驗加以驗證；將採用並完善光滑粒子流體動力學（SPH）方法，分析槽內流體的非線性參數晃動問題；將IFEM（Immersed Finite Element Method）及SPH方法用於研究二維風-槽身結構-槽內水體耦合系統渦激參數晃動回響與頻率鎖定現象，並採用彈性懸掛渡槽節段模型風洞試驗加以驗證，本項目的研究擬揭示渡槽渦振誘發的水體參數晃動機制。
結題摘要
大跨徑渡槽在風作用下會產生強烈的周期性旋渦脫落，由於渡槽攜帶大量水體，槽身結構豎向自振頻率容易與旋渦脫落頻率重合而發生渦振，槽身的渦振容易誘發槽內水體的參數晃動，使得水體產生大幅晃動，影響渡槽的安全運行，這種渦振所誘發的水體參數晃動是渡槽系統特有的一種物理機制，本項目的目的是為了揭示這種物理機制。本項目採用CFD方法模擬了圓形、矩形和U形截面的Strouhal數，數值結果與（已有）試驗結果吻合良好；基於流-固耦合分析，首次得到了斜拉與懸索渡槽特有的耦合動力特性；推導了任意截面水槽內流體參數晃動的運動方程；提出了求解任意截面內液體晃動自然頻率近似解的一個新的解析方法; 提出了二維晃動模態分析的統一Ritz計算方法，可以分析任意二維截面水槽內液體晃動的頻率與振型；首次採用參數激振的方法得到了矩形、圓形及U形水槽內液體的模態頻率及阻尼比係數，所得試驗值與理論值吻合良好；分析得到了矩形、圓形與U形水槽內流體參數晃動的不穩定邊界（區域），理論邊界與實驗結果非常吻合；首次提出了參數晃動能量增長指數（EGE）與能量增長係數（EGC）的概念，將參數晃動EGE與EGC推廣到一般的參數激振系統的分析中，基於EGE給出了一般參數振動的穩定性判別準則，給出了EGE與EGC的解析表達式，導出了EGE與Floquet指數與Lyapunov指數之間的關係，將EGE與EGC的解析公式成功套用於幾種參數振動系統的穩定性以及不穩定模式的競爭分析，得到的理論結果與實驗結果非常吻合，首次給出了彩色不穩定圖，為參數共振問題提供了一個新的視角與分析手段；採用多模態解析方法與多種數值方法模擬了槽內流體的二維大幅參數晃動；採用試驗方法研究了矩形、圓形與U形水槽內流體非線性參數晃動特性，包括非線性幅-頻特性、“跳躍”現象等，實驗中發現了一個新的參數晃動二次不穩定現象；採用有限體積法成功模擬了大幅非線性參數晃動，模擬的結果與實驗結果非常吻合；採用彈性懸掛渡槽節段模型在風洞實驗室中首次發現了渦振誘發的水體參數晃動現象，驗證了理論預測的二種參數晃動（共振），一種為一般的自參數共振，另一種為自參數內共振，測量了渦激參數晃動發生後“風—槽身結構—槽內水體”相互作用下的槽體結構與液體的時程回響，研究結構體系渦振振幅、頻率“鎖定”等現象；採用多模態方法模擬槽內流體，採用渦方法模擬槽身與風的相互作用，研究參數共振下體系的時程回響。
