大跨度橋梁斷面非線性自激氣動(dòng)力與非線性氣動(dòng)穩(wěn)定性研究.pdf

1、本論文回顧了大跨度橋梁抗風(fēng)研究的發(fā)展，總結(jié)了線性與非線性自激氣動(dòng)力的研究現(xiàn)狀。基于平衡位置的Taylor展開(kāi)，建立了簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)下非線性自激力氣動(dòng)力的數(shù)學(xué)模型。采用特殊風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)，獲得了大振幅條件下薄翼和流線型箱梁斷面的非線性自激氣動(dòng)力。探討了典型狀態(tài)下自激氣動(dòng)力的非線性特性和氣動(dòng)遲滯效應(yīng)，提出了非線性氣動(dòng)參數(shù)的識(shí)別方法。利用非線性自激氣動(dòng)力開(kāi)展了橋梁斷面在特定條件下的非線性顫振分析。本文的主要研究?jī)?nèi)容有：
　　1.回顧了大跨度橋梁

2、抗風(fēng)研究的發(fā)展，總結(jié)了線性與非線性氣動(dòng)力的研究現(xiàn)狀。
　　2.基于平衡位置的Taylor展開(kāi)，推導(dǎo)了單自由度運(yùn)動(dòng)和彎扭耦合運(yùn)動(dòng)條件下非線性自激氣動(dòng)力的復(fù)數(shù)和實(shí)數(shù)表達(dá)式，建立了由多個(gè)諧波分量所組成的非線性自激氣動(dòng)力模型。
　　3.采用特殊風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)，開(kāi)展了大振幅條件下薄翼和流線型箱梁斷面的自激力測(cè)試，發(fā)現(xiàn)了自激力頻譜中存在顯著的高次諧波分量，驗(yàn)證了非線性自激力是由多個(gè)諧波分量所組成的理論結(jié)果。發(fā)現(xiàn)了自激氣動(dòng)力中非線性分量的幅

3、值隨斷面運(yùn)動(dòng)振幅的增大而增大，隨折算風(fēng)速的增大而減小的一般性規(guī)律。
　　4.研究了流線型箱梁斷面非線性自激氣動(dòng)力的遲滯效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)箱梁的氣動(dòng)力矩遲滯曲線在一定條件下也能轉(zhuǎn)變?yōu)槊娣e相當(dāng)?shù)摹?字環(huán)”，該現(xiàn)象表明氣動(dòng)力矩在一個(gè)周期內(nèi)既做了正功，也做了負(fù)功。探討了大跨度橋梁在大振幅條件下可能出現(xiàn)的運(yùn)行形式。
　　5.提出了非線性氣動(dòng)參數(shù)的識(shí)別方法。該方法采用直接提取的諧波參數(shù)為初始值，結(jié)合非線性最小二乘迭代算法實(shí)現(xiàn)。研究了不同形式的噪

4、聲對(duì)參數(shù)識(shí)別精度的影響，并指出致使信號(hào)發(fā)生偏移的噪聲對(duì)識(shí)別結(jié)果有較大影響，將直接導(dǎo)致結(jié)果失真或不可用。
　　6.利用非線性自激氣動(dòng)力和四階龍格.庫(kù)塔算法，進(jìn)行了特定條件下箱梁斷面的非線性氣動(dòng)穩(wěn)定分析，發(fā)現(xiàn)大跨度橋梁在“顫振后”狀態(tài)，可能存在收斂、發(fā)散和等幅振動(dòng)三種運(yùn)動(dòng)形式。探討了非線性氣動(dòng)微分方程中參數(shù)的變化對(duì)運(yùn)動(dòng)形式以及氣動(dòng)穩(wěn)定性的可能影響；簡(jiǎn)要探討了紊流風(fēng)對(duì)氣動(dòng)穩(wěn)定性的影響；結(jié)合氣動(dòng)力的非線性特性，解釋了大跨度橋梁的“硬顫振”