典型鈍體斷面渦激力特性及其跨向相關(guān)性研究.pdf

1、渦激振動(dòng)致振風(fēng)速較低，是一種常見的限幅振動(dòng)，容易引發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)疲勞破壞、行車舒適性等問(wèn)題。本文研究的主要問(wèn)題是鈍體斷面的渦激力特性及其跨向相關(guān)性。流體經(jīng)過(guò)鈍體在壁面發(fā)生旋渦脫落引起渦激振動(dòng)。由于流固耦合問(wèn)題的復(fù)雜性，難以獲得理論上的解析解，尚未得到充分的認(rèn)識(shí)。目前，針對(duì)渦激振動(dòng)的研究方法主要包括建立簡(jiǎn)化模型、計(jì)算流體力學(xué)、風(fēng)洞試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。工程實(shí)踐過(guò)程當(dāng)中通常利用節(jié)段模型的風(fēng)洞試驗(yàn)做為評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)渦振性能的主要手段。然而節(jié)段模型試驗(yàn)未能

2、將渦激振動(dòng)三維效應(yīng)和結(jié)構(gòu)振型的影響納入到考量范圍內(nèi)，鑒于對(duì)該問(wèn)題尚未得到統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，故在橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)中仍將渦激力視為沿跨向完全相關(guān)，從而在判斷渦振響應(yīng)的過(guò)程當(dāng)中偏于保守。本文選取矩形和梯形兩種典型鈍體斷面進(jìn)行研究，通過(guò)測(cè)量節(jié)段模型表面風(fēng)壓系數(shù)，分析了渦激力在截面上的分布狀態(tài)和沿跨向的相關(guān)性。主要內(nèi)容包括:
　　(1)回顧了橋梁風(fēng)工程早期的發(fā)展歷程，并簡(jiǎn)要總結(jié)和梳理了渦激振動(dòng)的研究方法及研究進(jìn)展，列舉了巴西里約-尼特羅伊橋、英國(guó)第二賽

3、文橋等曾發(fā)生過(guò)渦激振動(dòng)的工程實(shí)例，并介紹了部分具有代表性的抑振措施。
　　(2)從二維和三維兩個(gè)角度介紹了渦激振動(dòng)的現(xiàn)象和問(wèn)題。對(duì)雷諾數(shù)、氣動(dòng)外形、湍流特性、Scruton數(shù)等渦激振動(dòng)的重要影響因素分別展開討論，對(duì)鈍體繞流中的三維渦脫現(xiàn)象進(jìn)行了系統(tǒng)的整理，總結(jié)了渦激振動(dòng)三維分析方法的相應(yīng)成果。
　　(3)制作了寬高比B/D=5的矩形模型和梯形模型，在彈性懸掛和多點(diǎn)加載兩種支撐方式下，使用電子壓力掃描閥測(cè)量模型表面風(fēng)壓系數(shù)。詳

4、細(xì)研究了兩種模型風(fēng)壓系數(shù)均值、均方根值和功率譜密度沿截面的分布情況，得到渦激力的分布狀態(tài)。提出了一種判別流動(dòng)分離點(diǎn)和再附點(diǎn)的方法，從側(cè)面探究了流場(chǎng)尾流。并在此基礎(chǔ)上將模型鈍體表面分為回流區(qū)、主渦區(qū)、再附區(qū)和尾流區(qū)分別研究其風(fēng)壓特性。
　　(4)在渦激力二維分布狀態(tài)的基礎(chǔ)上，研究了不同區(qū)域內(nèi)渦激力的跨向相關(guān)性。利用多點(diǎn)加載系統(tǒng)控制振動(dòng)形式，研究頻率和振幅對(duì)渦激力的影響，并擬合了渦激力的相關(guān)函數(shù)。
　　本文通過(guò)對(duì)兩種典型鈍體斷面