大型水轮机转轮异常振动及叶片裂纹分析

通过对某水轮机噪声、振动测试分析、转轮叶片试验模态分析和采用流-固耦合技术分析转轮叶片在水介质下的动力特性,找出水轮机异常振动、异常噪声和叶片裂纹原因 --转轮叶片固有频率与转轮叶片卡门涡激励频率相近引发转轮叶片共振,采用提高卡门涡频率、降低卡门涡激励能量的处理措施,取得了良好效果.     

斜拉桥拉索的振动及其控制措施

分析了斜拉桥拉索涡激振动、风雨激振、尾流驰振和抖振的振动机理，并总结了控制这些振动的措施。     

基于节段模型试验的悬索桥涡振抑振措施

为研究大跨度悬索桥涡激振动性能,并提出有效的涡振抑振措施,以某大跨度钢箱梁悬索桥为工程背景,通过1∶20大尺度节段模型风洞试验,在低阻尼下研究了人行道栏杆、检修轨道、导流板对主梁涡激振动性能的影响;通过在检修轨道内侧设置导流板抑制主梁的涡激振动,并基于试验现象探讨了涡激振动发生的机理.研究表明,在检修轨道内侧设置导流板抑制主梁涡激振动的措施使桥梁断面的气动外形更合理,抑振效果好,且结构形式简单,便于工程应用.     

斜拉桥拉索风雨振动二次轴向流影响分析

对斜拉桥拉索风雨振动中二次轴向流的产生及作用机理进行分析．认为二次轴向流的产生应从三维边界层的理论出发,而二次轴向流对风雨振动的影响则认为与翼型的基底射流(base-bleed)作用机理相似。     

大跨度悬索桥竖弯涡振条件下驾驶员行车视线研究

为研究大跨度悬索桥竖弯涡振条件下桥上驾驶员的行车视线，首先，基于传统的风-车-桥耦合振动分析理论，引入桥梁涡激力数值模型，自主编制了涡振条件下风-车-桥耦合振动分析程序；其次，以有3个半波的涡振振型为例，借助几何作图法推导了桥面发生涡振时车内驾驶员视线盲区的计算公式；最后，基于已建立的涡振条件下风-车-桥耦合振动分析程序和驾驶员视线盲区的计算公式，以一座发生竖弯涡激共振的大跨度悬索桥为工程背景，分析了车型、车速和入桥时刻对车内驾驶员视觉盲区最大高度、盲区总持时和盲区占比的影响规律.研究结果表明：驾驶员盲区最大高度呈现周期性变化，其周期约为车辆前进一个涡振半波长度所需要的时间；车速变化不会影响驾驶员盲区的最大高度，但车辆类型不同则驾驶员目高不同，车内驾驶员目高越低，驾驶员前方视觉盲区最大高度也就越高；车重会进一步增加驾驶员前方视觉盲区的最大高度；车辆入桥时刻对驾驶员盲区总持时的影响很小，但驾驶员盲区总持时随着车速的提高而降低；车辆入桥时刻或车速对驾驶员盲区占比的影响小，而车型则对驾驶员盲区占比的影响显著，其中小轿车驾驶员的盲区占比最高（21%左右），大客车驾驶员的盲区占比最小（12%左右...     

斜拉桥拉索风-雨致振动(Ⅱ):参数研究

为探讨斜拉桥拉索风-雨致振动的影响因素,基于修正驰振模型,利用空间模型测试的气动力系数,对斜拉桥拉索风-雨致振动的气动力参数、运动参数和结构参数进行了研究.气动力参数包括水路形状、风向角和索径等,运动参数有索的初始状态、水路运动等,结构参数为索的频率、阻尼和质量.研究表明,气动力参数和运动参数将影响拉索风-雨致振动的最大振幅响应,改变发生风-雨致振动的风速范围.     

斜拉桥拉索风雨激振问题研究现状综述

随着现代斜拉桥跨径的不断增长， 拉索的柔度变大。 而其本身的质量较轻、 阻尼较小， 极易受到风荷载的影响从而发生不同幅度的风致振动现象。 而其中， 以风雨联合作用下的振动是最强烈的风致振动现象。 因此， 对风雨激振现象研究及振动控制是尤为必要的。 文章对当前风雨激振现象研究及振动控制研究进行了总结。     

宽幅分体箱梁涡振性能及其抑振措施

为研究宽幅分体箱梁桥梁涡激振动特性及其相应振动抑制方法,以某主梁总宽度为64.1 m的分体箱梁大跨悬索桥为工程背景,在均匀流场下对1∶70缩尺比节段模型进行了风洞试验. 首先研究了主梁成桥态在0°、± 3°和± 5°五种不同来流攻角下的涡激振动特性;其次,考察了单一气动措施（包括设置水平气动翼板、封闭中央开槽、隔涡网以及检修车轨道导流板）,以及各种组合措施对主梁涡激振动的影响,检验了这些措施对主梁颤振性能的影响. 研究结果表明:宽幅分体式双箱梁在5个风攻角下均发生了竖向自由度涡激共振,其中最不利攻角为–3°,竖向振幅最大值为0.69 m,超过《公路桥梁抗风设计规范》限值的70%;设置隔涡网和采用组合气动措施后,较原始主梁,涡振振幅下降50.7%～98.6%;尽管抑振措施使主梁颤振临界风速降低6%～15%,但仍满足抗风设计要求.      

中央开槽宽度对箱梁涡振特性的影响机理

设置中央开槽的箱梁通常具有良好的颤振稳定性,但该类箱梁在大攻角来流作用下的涡振性能尚不明确. 采用数值模拟方法,针对某大跨度桥梁的流线型箱梁断面,分析了5种不同中央开槽宽度箱梁的流场特性和涡振稳定性能,探究了大攻角下中央开槽宽度变化对箱梁涡振性能的影响规律,并根据静态和动态流场的变化,系统讨论了相应的气动机理. 研究结果表明:在?10°～10° 风攻角范围内,封闭箱梁的阻力系数始终最小,而其升力系数绝对值则普遍大于开槽箱梁;中央开槽宽度（L）对箱梁涡振性能影响显著,箱梁涡振振幅随着开槽宽度的增大而减小,L/B（B为箱梁宽度）由0变化至0.20,涡振振幅变化幅度达到40.9%;开槽宽度的变化会影响箱梁上表面大旋涡的运动以及箱梁中央区域来流分离程度,进而改变箱梁的涡振振幅.      

基于CFD的大跨度悬索桥主塔抗风性能分析

大跨度悬索桥在跨越大江、大河、深沟、峡谷时越来越受到青睐,而随着桥梁跨度增大、索塔的增高,大跨度悬索桥越发轻柔,对风致振动也越加敏感。在施工过程中,较高、较柔索塔在独塔状态下的抗风性能相对较差,应予以高度重视。对某主跨828m的铁路悬索桥主塔,运用流体动力学(CFD)方法模拟分析了主塔断面在风作用下的涡振性能。结果表明,索塔断面背风侧有明显的漩涡脱落,较钝的索塔断面易受风致涡振影响;独塔状态下索塔的涡振风速为15~18m/s,风速相对较低,发生概率较高;建议采用较为圆滑的断面并在独塔施工中做好横向连接,同时尽量避免在多风季节施工。     

固定直圆柱随机脉动升力特性的数值模拟

为验证大涡模拟在风工程研究上的适用性,数值模拟了固定三维直圆柱在雷诺数（Re数）为4.11104下的绕流场,获得了圆柱非定常气动力,得到了与文献结果接近的升力脉动RMS值和漩涡脱落斯特劳哈尔数（Sr数）;提出了基于90和270点脉动压力时程的互相关系数和RMS值,估算圆柱截面脉动升力RMS值的经验公式;开展了圆柱表面脉动压力时程的相干性分析和气动力产生的流动机理研究.研究揭示了圆柱涡脱的空间不同步和频率随时间的变化特征,以及涡脱能量的有限频率带宽分布;表明圆柱表面的脉动压力能量均集中在漩涡脱落频率上,且圆柱表面90和270点脉动压力时程具有完全相同的统计特性.      

钝体绕流的随机涡方法

在离散涡方法中应用随机微分方程理论来求解二维钝体绕流问题，通过对静止圆柱不同雷诺数下的绕流计算，得到冯卡门涡街和回流区对称轴线上径向速度分布以及升力系数和阻力系数，都与已知结论非常一致。     

Numerical study on vortex induced vibration of a flexible plate behind square cylinder with various flow velocities

The vortex induced vibration （VIV） of a flexible plate behind the square head with various flow velocities is simulated. The closely coupling approach is used to model this fluid-structure interaction problem. The fluid governed by the incompressible Navier-Stokes equations is solved in arbitrary Lagrangian-Eulerian （ALE） frame by the finite volume method. The structure described by the equations of the elastodynamics in Lagrangian representation is diseretized by the finite element approach. The numerical results show that the resonance occurs when the frequency of vortex shedding from square head coincides with the natural frequency of plate. And tile amplitude of both the structure motion and the fluid load keeps increasing with the time. Furthermore, it is also found that in particular range of flow velocity the vibration of the plate would reach a periodical state. The amplitude of plate oscillating increases with the growth of velocity, while the frequency is locked.     

The Tip Leakage Flow Structure of an Axial Fan with Tip Clearance

Experiment and numerical simulation technique are used to investigate the tip leakage flow in an axial fan with tip clearance at the design condition. The flow field in the tip region of fan is measured using a PDA (Particle Dynamics Analysis) system. The flow is surveyed across the whole passage at fifteen axial locations (from the 100% axial chord in front of the leading edge to the 100% axial chord behind the trailing edge), mainly focusing on the outer 90% blade span. Both experiment measurement and numerical simulation indicates the leakage flow orig-inated from the tip clearance along the chord rolls-up into three-dimensional spiral structure to form leakage flow vortex. The interaction of leakage flow and main flow will produce the low velocity zone, and block the flow. The leakage flow almost occupies the most part of flow passage behind the trailing edge.     

柔索索力主频阶次误差及支承条件误差

为研究柔索索力测试中拉索自振频率阶次和支承条件对索力测试误差的影响规律,利用动平衡法推导了考虑弯曲刚度的柔索自振方程和自振频率公式,采用瑞利能量法分析了弹性支承条件和附加质量对拉索自振频率的影响.研究发现频率阶次对索力计算公式的影响符合二次抛物线分布特征,附加质量使拉索的自振频率减小,传感器等测试用的质量块的影响可以忽略不计,弹性支承引起的误差与弹性链杆刚度成线性关系,而且与主频的阶次有关.分析和试验结论对大跨度柔索承重结构如斜拉桥和悬索桥的索力测试具有指导意义.     

Parametric vibration and vibration reduction of cables in cable-stayed space latticed structure

Mechanical model and vibration equation of a cable in cable-stayed sparse latticed structure (CSLS) under external axial excitation were founded. Determination of the mass lumps and natural frequencies supplied by the space latticed structure (SLS) was analyzed. Multiple scales method (MSM) was introduced to analyze the characteristics of cable's parametric vibration, and the precise time-integration method (PTIM) was used to solve vibration equation. The vibration behavior of a cable is closely relative to the frequency ratio of the cable and SLS. The cable's parametric vibration caused by the external axial excitation easily occurs if the frequency ratio of the cable and SLS is in a certain range, and the cable's vibration amplitude varies greatly even if the initial disturbance supplied by SLS changes a little. Furthermore, the mechanical model and vibration equation of the composite cable system consisting of main cables and assistant cables were studied. The parametric analysis such as the pre-tension level and arrangement of the assistant cables was carried out. Due to the assistant cables, the single-cable vibration mode can be transferred to the global vibration mode, and the stiffness and damping of the cable system are enhanced. The natural frequencies of the composite cable system with the curve line arrangement of assistant cables are higher than those with the straight-line arrangement and the former is more effective than the latter on the cable's vibration suppression.     

尾部隔板影响圆柱绕流场的二维层流数值模拟

为了探讨尾部隔板对圆柱绕流场的影响,采用有限体积法、非结构化网格和层流模型求解二维不可压缩N-S方程.在雷诺数为200的条件下,对背流面沿流动方向的对称线上,带薄板的圆柱绕流场进行了数值模拟,得到了流场速度云图、斯特劳哈尔数及平均阻力系数随隔板长度的变化情况.研究结果表明:在圆柱尾部加入的隔板能有效改善旋涡的脱落情况,削弱尾迹区的能量耗散,同时降低绕流的斯特劳哈尔数.在板长与圆柱直径比为L/D≥7的情况下,加入的隔板使圆柱尾部的旋涡被拉伸为扁平结构并限定在隔板两侧,在扁平对涡的外侧形成类似流线型的流场结构;尾部的隔板也使绕流的阻力系数呈现下降的趋势,当L/D=7时,平均阻力系数下降了约40%.      

桥梁墩柱三维绕流特性精细化研究

为了深入研究桥梁墩柱水流力的特点及产生机理，对典型桥墩模型考虑自由液面影响时的三维绕流展开了精细化研究. 采用ANSYS FLUENT 作为数值模拟工具，研究了整个墩柱阻力和升力特点，并将墩柱模型从柱底到柱顶划分为5个分段，对比了各个分段阻力、升力特点及沿着水深的变化规律，进一步分析了自由液面、底部边界对漩涡结构的影响，阐述了流场三维特性与墩柱水流力之间的关系. 研究结果表明:墩柱水流力沿着水深是非一致分布的，墩柱分为5段（c1～c5），其中c1～c4分段阻力均值与圆柱整体受力的比值分别约为25%、30%、25%、20%，c5分段处于空气中受力贡献近似为0；另外阻力振幅、升力振幅中下部较大，而底部、中上部、液面处较小；漩涡交替脱落导致墩柱左右两侧自由液面交替起伏，自由液面对漩涡产生抑制作用，自由液面处产生多个尺度不同的漩涡，这与液面下仅有两个交替脱落的漩涡是不同的；墩柱中下部漩涡脱落比其余位置有所滞后，导致柱体不同分段处升力有明显的相位差；墩柱升力振幅与阻力均值分别为5.511 N和3.695 N，相差不大，升力引起的桥墩或桥梁的振动不可忽视.      

锥度化方形截面高层建筑的气动力特性

用高频测力天平技术,对不同锥度比的方形截面高层建筑进行了风洞试验,分析了锥度比、湍流度和风向角对方形截面高层建筑基底弯（扭）矩系数、基底弯（扭）矩谱密度与基底弯（扭）矩间相关性的影响.试验结果表明:锥度化措施能减小方形截面高层建筑基底弯（扭）矩系数幅值25%以上,但不能改变基底气动力随风向角的变化规律;锥度化措施能减小所有折减频率范围内顺风向与扭转向基底弯矩谱,但只能减小低频区域横风向基底弯矩谱和谱峰高度,却增大旋涡脱落频率和高频区横风向基底弯矩谱;随来流湍流度增大,锥度化措施对风荷载的抑制效果减弱;折减频率在0.10到0.15时,锥度化措施能增大横风向基底弯矩与基底扭矩间的相关性.      

绕流涡街及涡街流量计流场数值仿真

基于涡街理论,分别对圆形阻流体、正方形阻流体和三角形阻流体所形成的涡街场进行仿真研究,同时对三种阻流体对应的涡街流量计进行数值仿真,分析流量计中应变片对三种阻流体流场压力和速度的影响.结果表明,应变片改变了流场振荡的频率,三角形涡街流量计的压力损失最小.