不同攻角下扁平箱梁颤振机理

静风效应产生的附加风攻角对大跨度桥梁的颤振性能有着重要的影响,因此研究不同风攻角下主梁的颤振机理有重要意义.以扁平箱梁为研究对象,基于不同攻角下的颤振导数,采用双模态耦合解法掌握了颤振性能,继而通过分析气动阻尼、相位差和气动力幅值的变化研究了颤振机理.研究结果表明:在0°和3°攻角下,非耦合气动力为扁平箱梁断面提供了较大的正阻尼,颤振临界风速较高;在5°攻角下,非耦合气动力产生的正阻尼显著减小,使得耦合气动力产生的负阻尼迅速增加,导致颤振临界风速显著降低;耦合运动相位角增大是大攻角下气动负阻尼增加的主要原因,耦合气动力振幅则对颤振风速没有影响;此颤振机理表明大攻角下扁平箱梁颤振性能的弱化是由耦合效应增大引起,而非扭转运动产生的气动负阻尼引起.      

基于集成式神经网络的扁平箱梁颤振导数预测

扁平箱梁因具有较优的颤振性能,已被应用于绝大多数大跨径桥梁. 为便于桥梁设计者在大跨度桥梁初步设计阶段快速评估扁平箱梁的颤振性能,提出了一种基于集成学习的深度神经网络模型,用于快速预测扁平箱梁颤振导数. 首先采用强迫振动风洞试验获取了15种典型扁平箱梁的颤振导数,结合自由振动风洞试验和二维颤振计算验证了颤振导数的准确性;基于风洞试验数据,构建了大小为525的颤振导数数据集,以此数据集为基础,对所提出的集成式深度神经网络开展了模型训练和性能测试. 计算结果表明:所提出的集成式深度神经网络模型仅依靠扁平箱梁的气动外形特征即可准确且快速地预测不同折算风速下的8个颤振导数,且仅利用本文60%的数据集进行训练即可获取较高精度的预测结果;对比传统的多项式回归模型和单一人工神经网络模型,本文所提出的集成式深度神经网络模型预测精度更高,可直接应用到桥梁初步设计阶段的气动选型和颤振计算中.      

桥梁风振试验颤振导数识别的Ibrahim时域优化研究

基于R.H.Scanlan提出的自由振动法求解桥梁颤振导数实验量很大,且在提取交叉导数的过程中,一方面要求模型的竖向运动和扭转运动在所有的风速下都具有相同的频率比和阻尼比是很难达到的,另一方面非耦合导数的识别误差将带到耦合导数中.文中基于Ibrahim时域的改进方法,应用变尺度优化算法进行提取桥梁断面的全部颤振导数,研究结果表明应用此方法来解决非线性参数辨识问题比最小二乘法好.     

信号预处理对桥梁颤振导数识别结果影响分析

采用经验模态分解(EMD)对桥梁颤振导数识别信号进行预处理,分离其固有模态函数,消除其中的高频噪声和低频非平稳趋势项;分析了不同阻尼自由振动信号的信噪比与信号长度的关系;研究了苏通大桥主梁节段模型颤振导数对信号长度和消除信号均值、高频噪声、低频趋势项的敏感性.结果表明,借助EMD剔除信号中高频噪声和低频趋势项可以提高桥梁颤振导数的识别精度;颤振导数识别结果与是否消除信号均值和信号长度都有不可忽略的关系.     

基于ANSYS平台的桥梁时域颤振阶跃函数算法

结合断面的颤振导数,采用阶跃函数对桥梁断面自激力进行模拟,并对模拟准确性进行了分析与校核;推导出时域颤振动力有限元分析中自激力的递推表达式。基于阶跃函数拟合气动力,利用APDL语言在ANSYS中实现了颤振时域分析;以一简支梁为例,介绍了在ANSYS中实现颤振时程分析的过程。数值算例计算结果和相关文献报道基本一致。研究表明:利用ANSYS的二次开发平台进行桥梁气动稳定性能的时域分析是可行的,该方法可提高桥梁颤振分析或颤抖振理论分析效率,降低自主开发大型软件过程中的算法错误或疏漏所带来的风险。     

大跨度桥梁颤振后状态气动稳定性

为了能对大跨度桥梁颤振后主梁的运动形式给出合理解释,选取大振幅下流线型箱梁断面的4种典型非线性气动力工况,基于非线性气动力和非线性振动微分方程,应用四阶龙格-库塔算法,分析了大跨度桥梁主梁在大振幅条件下的气动稳定性. 结果表明:大跨度桥梁主梁在颤振后的不同振幅和折算风速条件下可出现不同的运动形式;若气动力仅做负功或负功显著大于正功,主梁振动将收敛;若气动力仅做正功或正功显著大于负功,主梁振动将发散;若气动力做的正负功相当,主梁振动将由于结构阻尼缓慢收敛;若气动力正功与相同周期内结构消耗的能量相等,主梁将发生等幅振动;若不考虑气动力的非线性项,桥梁振动可能发散.      

颤振临界风速计算值与试验值的一致性

为了准确把握扁平箱梁的颤振性能,采用节段模型风洞试验和颤振计算相结合的方法,研究了扁平箱梁断面在不同风攻角下颤振临界风速计算值与试验值的一致性.首先通过强迫振动风洞试验获得了某箱梁断面模型颤振导数;然后通过耦合颤振闭合解法获得了不同动力参数条件下的颤振临界风速;最后通过弹簧悬挂节段模型风洞试验测试获得了相同参数条件下的颤振临界风速.计算值和试验值对比结果表明:在0°攻角下扁平箱梁模型颤振临界风速的计算值与试验值保持一致,6种工况下两者差异分别为0.12%、0.50%、4.90%、4.10%、4.84%和1.43%;当风攻角为3°和5°时,颤振临界风速的计算值与试验值较难保持一致,最大差异值可到10.4%;通过对比颤振因子在计算和试验条件下的离散性,在排除非线性气动力和结构阻尼的影响后,推测造成此差异的原因是耦合颤振运动中相位角的变化引起了颤振导数的变化.      

大跨窄钢桁架加劲梁悬索桥颤振临界风速分析

颤振是一种最危险的自激发散型风致振动现象。当桥梁结构与产生自激气动力的绕流气流所形成的振动系统的阻尼在不断的相互反馈作用中由正值转变为负值时,振动系统所吸收的能量超越了自身因机械阻尼所耗散能量的能力,造成系统发散振动,这种空气动力失稳现象就是桥梁颤振。该现象一旦发生,将导致结构整体的彻底破坏,因而,对悬索桥的颤振稳定性分析显得十分重要。钢桁架加劲梁悬索桥以其跨越     

基于Matlab的颤振自激力时域化

基于风洞试验得到的颤振导数无法直接应用于颤振时域计算,需要基于最小二乘原理拟合得到颤振自激力的时域表达式,方能进行时域计算。基于Matlab提供的lsqnonlin函数,对颤振自激力的时域化表达式中的未知系数进行拟合,并得到了较好的结果。     

用主梁下风侧附设翼板抑制悬索桥颤振

首先建立了下风侧附加翼板桥梁主梁截面的自激气动力模型。以某悬索桥设计方案为工程背景,把桥梁与流作为一系统,应用多模态颤振分析方法,研究了在主梁下风侧设置翼板这种控制措施对改善该系统颤振稳定性的效果。分析表明,主梁下风侧附加翼板对悬索桥颤振是一种有效的气动控制措施。     

非对称结构参数对颤振速度的影响

以一对耦合控制面结构的气动弹性模型为研究对象,在准定常气动力的假设下,利用拉格朗日方程建立结构的颤振运动微分方程.用算例分析了结构在不同耦合刚度下非对称参数对颤振速度影响的变化规律.结果表明,结构参数的非对称有利于颤振速度的提高,但当非对称参数的量大到足以改变系统的颤振特征时,非对称参数并不一定能提高系统的颤振速度.     

不对称独塔斜拉桥风致颤振分析

以某不对称独塔斜拉桥为例进行风致颤振分析,用桥梁有限元分析程序Midas Civil建立空间三维模型,对该桥成桥状态进行动力特性分析,并根据动力特性计算弯扭耦合颤振和分离流扭转颤振临界风速,对其抗风性能进行评估,结果表明,该桥成桥运营状态能够抑制自激风振。     

Complex Mode Frequency Iteration Method for Flutter Analysis of 2-DOF Systems

For a vibration system with 2-DOF of bend and torsion, itscritical flutter wind speed can be calculated by using complex mode frequency iteration (CMFI) method based on MatLab 5.2, the results of which are in agree with those acquired by wind tunnel test. Not only critical flutter wind speed, but also vibration characteristic of a system under different wind speeds can be determined. CMFI method is suitable for both of separated-flow torsional flutter and classic coupling flutter analysis, which is presented by flutter analysis of an ideal thin plate and a bluff bridge deck. Furthermore, it is proved through the investigation of the relationship between flutter derivatives and its critical flutter wind speed that coupling aerodynamic derivatives are necessary for classic coupling flutter to occur.     

山区桁架梁悬索桥颤振稳定性气动优化研究

为研究山区峡谷大跨度钢桁梁悬索桥的颤振稳定性及其气动性能优化措施,以某大跨度钢桁架梁悬索桥为工程背景,通过有限元计算分析及主梁节段模型风洞试验,研究其主梁颤振稳定性能.针对大桥颤振临界风速低于颤振检验风速,设计并试验对比了封闭桥面板中央开槽、中央上稳定板和中央下稳定板三种气动优化方案.试验结果表明,采用格栅板封闭桥面板中央开槽并设置中央下稳定板能有效提高大桥的颤振稳定性.     

桥梁风致颤振分析以及在ANSYS中的实现

首先简要介绍了桥梁风致颤振分析的多模态参与单参数搜索M S法的基本理论以及ANSYS二次开发的几种方法 ,然后以VisualFortran为二次开发平台 ,运用M S法编写了在ANSYS中实现大跨度桥梁风致颤振分析的计算程序和相应的界面菜单程序 .最后通过算例展示了在ANSYS中进行颤振分析的整个过程 ,其计算结果与大跨度桥梁空间静、动力分析程序NACS和风洞试验数据基本一致 ,说明了计算程序的可靠性