氣動力有理函數(shù)識別與顫振穩(wěn)定性的多因素分析.pdf

1、直接識別氣動力有理函數(shù)可以同時滿足時域和頻域顫振分析對前期氣動力信息的需求，相應(yīng)的理論體系和試驗技術(shù)的建立具有重要的工程實用價值。隨著橋梁結(jié)構(gòu)向輕柔大跨方向發(fā)展，有必要深入研究拉索振動和拉索氣動力形成的拉索效應(yīng)、風(fēng)的靜力附加攻角效應(yīng)、氣動控制措施等因素對顫振穩(wěn)定性的影響。為此，本文開展了以下幾方面的工作：
　　 (1)建立了基于三自由度節(jié)段模型自由振動法和強(qiáng)迫振動法氣動力有理函數(shù)識別的理論體系，編制了強(qiáng)迫振動氣動力有理函數(shù)的識別

2、程序。強(qiáng)迫振動法試驗結(jié)果證明適當(dāng)選擇兩個試驗風(fēng)速即可有效識別氣動力有理函數(shù)及與之對應(yīng)的氣動導(dǎo)數(shù)，為氣動導(dǎo)數(shù)識別提供了一條新途徑，能顯著降低風(fēng)洞試驗工作量，可在工程中推廣應(yīng)用。
　　 (2)提出了快速擬合氣動力有理函數(shù)系數(shù)的粒子群優(yōu)化算法，算法為全局最優(yōu)。在有理函數(shù)表達(dá)的氣動力基礎(chǔ)上，提出了在ANSYS中實現(xiàn)純時域顫振分析的新方法，其中氣動力中的氣動剛度及氣動阻尼部分通過MATRIX27單元實現(xiàn)，而遞推部分則作為外部荷載處理。

3、r>　　 (3)給出了拉索非定常氣動力矩陣的顯示表達(dá)式，編制了相應(yīng)的程序模塊，并嵌入到現(xiàn)有NACS程序中，實現(xiàn)了計入拉索氣動力的顫振分析程序開發(fā)。建立了一種凝聚拉索質(zhì)量的斜拉橋有限元新模型，解決了拉索分段之后扭轉(zhuǎn)振型階次過高的問題。在ANSYS中，通過在新模型的索單元節(jié)點(diǎn)處設(shè)置MATRIX27單元，考慮了拉索氣動力和拉索振動對斜拉橋顫振穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明這兩項因素的聯(lián)合作用使顫振臨界風(fēng)速提高。通過強(qiáng)迫振動法裝置識別氣動導(dǎo)數(shù)有效克服

4、了傳統(tǒng)自由振動法中存在的附加攻角問題，并進(jìn)行了加密攻角變化步長的氣動導(dǎo)數(shù)識別試驗，實現(xiàn)了在ANSYS中自動計入附加攻角效應(yīng)的顫振計算方法，能有效考慮氣動力非線性。
　　 (4)基于有限元三維顫振分析，從能量原理的角度明確了中央穩(wěn)定板對桁架梁懸索橋顫振的作用機(jī)理是增加了豎彎自由度的參與程度，使顫振形態(tài)由單自由度扭轉(zhuǎn)振動向彎扭耦合振動轉(zhuǎn)移。將三維桁架結(jié)構(gòu)簡化成二維模型，通過CFD數(shù)值模擬以及PIV風(fēng)洞試驗從細(xì)觀的角度探明了中央穩(wěn)定板