氣動(dòng)力有理函數(shù)識(shí)別與顫振穩(wěn)定性的多因素分析.pdf

1、直接識(shí)別氣動(dòng)力有理函數(shù)可以同時(shí)滿足時(shí)域和頻域顫振分析對(duì)前期氣動(dòng)力信息的需求，相應(yīng)的理論體系和試驗(yàn)技術(shù)的建立具有重要的工程實(shí)用價(jià)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(dòng)和拉索氣動(dòng)力形成的拉索效應(yīng)、風(fēng)的靜力附加攻角效應(yīng)、氣動(dòng)控制措施等因素對(duì)顫振穩(wěn)定性的影響。為此，本文開(kāi)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(dòng)法和強(qiáng)迫振動(dòng)法氣動(dòng)力有理函數(shù)識(shí)別的理論體系，編制了強(qiáng)迫振動(dòng)氣動(dòng)力有理函數(shù)的識(shí)別

2、程序。強(qiáng)迫振動(dòng)法試驗(yàn)結(jié)果證明適當(dāng)選擇兩個(gè)試驗(yàn)風(fēng)速即可有效識(shí)別氣動(dòng)力有理函數(shù)及與之對(duì)應(yīng)的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)，為氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別提供了一條新途徑，能顯著降低風(fēng)洞試驗(yàn)工作量，可在工程中推廣應(yīng)用。
　　 (2)提出了快速擬合氣動(dòng)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(dòng)力基礎(chǔ)上，提出了在ANSYS中實(shí)現(xiàn)純時(shí)域顫振分析的新方法，其中氣動(dòng)力中的氣動(dòng)剛度及氣動(dòng)阻尼部分通過(guò)MATRIX27單元實(shí)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(dòng)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(shí)現(xiàn)了計(jì)入拉索氣動(dòng)力的顫振分析程序開(kāi)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(guò)高的問(wèn)題。在ANSYS中，通過(guò)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(dòng)力和拉索振動(dòng)對(duì)斜拉橋顫振穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明這兩項(xiàng)因素的聯(lián)合作用使顫振臨界風(fēng)速提高。通過(guò)強(qiáng)迫振動(dòng)法裝置識(shí)別氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)有效克服

4、了傳統(tǒng)自由振動(dòng)法中存在的附加攻角問(wèn)題，并進(jìn)行了加密攻角變化步長(zhǎng)的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了在ANSYS中自動(dòng)計(jì)入附加攻角效應(yīng)的顫振計(jì)算方法，能有效考慮氣動(dòng)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(duì)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(dòng)向彎扭耦合振動(dòng)轉(zhuǎn)移。將三維桁架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成二維模型，通過(guò)CFD數(shù)值模擬以及PIV風(fēng)洞試驗(yàn)從細(xì)觀的角度探明了中央穩(wěn)定板