截锥壳驻波颤振极限环研究

为研究大挠度非线性位移-应变条件下,截锥壳非线性颤振响应特性,基于活塞理论的气动力法,建立了超音速截锥壳非线性气动弹性运动方程.采用微分求积法对方程进行离散化变换,在驻波颤振假设下,用低阶固有模态缩减自由度数,模拟驻波颤振极限环幅值及随气动参数的变化过程.结果表明:前6阶模态下缩减自由度数,可获得较为精确的解;当气动压力参数增大至7 312时,系统经过Hopf分叉后进入极限环运动.     

结构非线性机翼的超音速和高超音速颤振

为探讨超音速、高超音速流中二元机翼的气动弹性特性,基于活塞理论计算了作用在翼面上的气动力,运用能量方法建立了系统的运动微分方程,采用Hopf分叉理论确定了系统的临界颤振速度,并考查了系统参数对临界颤振速度的影响;采用等效线性化和数值积分法研究了具有立方非线性刚度系统的极限环响应,二者结果一致.结果表明,在一定的(无量纲)速度范围内(9.48相似文献   

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.     

П型断面主梁软颤振特性及抑制措施研究

П型断面主梁为气动钝体结构,在非线性自激力作用下,极易发生软颤振现象.以某П型断面叠合梁斜拉桥为研究对象,通过节段模型风洞试验,研究了各种气动措施对П型断面主梁软颤振性能的影响.研究结果表明:П型断面主梁软颤振表现为弯扭自由度耦合的单频振动特征,且随着风速的增加,竖向振动参与度系数先减小后增大;安装风嘴可以增大系数,其振幅服从正态分布,振幅波动范围随风速及攻角变化而变化;风攻角为负时,П型断面主梁最易发生软颤振;设置桥面附属设施会提高软颤振的临界风速、减小软颤振的扭转振幅及振幅增长速率;设置风嘴会显著降低软颤振的振动响应,采用尖风嘴可以改善主梁的软颤振性能,且随着风嘴变尖,软颤振的临界风速有提高的趋势,软颤振扭转振幅有下降的趋势;П型断面主梁底部设置中央稳定板对其软颤振性能的影响不明显.     

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.      

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.      

喷水推进轴流泵三元水力设计

基于环量的三元设计方法和计算流体动力学, 研究了叶片数、叶片流向环量中心位置与叶片出口边环量对叶轮性能的影响, 分析了导叶进口边和出口边环量对喷水推进轴流泵性能的影响, 通过合理地控制这些因素, 设计了一种效率高、空化性能好的喷水推进轴流泵。在流量为56.2m3·s^-1时, 泵的扬程为35.9m, 功率为21 465kW, 效率为92.3%, 可见, 设计泵的性能优良, 效率高。研究结果表明: 增加叶片数能够有效减小单叶片转矩, 当叶片数从5个增加到7个时, 单叶片转矩减小了21%;叶片环量中心靠近出口边, 有利于提高叶轮的空化性能, 当环量中心从叶片弦长的0.3处移动到0.7处时, 叶轮吸力面空化面积减小80%;叶轮出口边环量斜率会影响叶轮效率, 当斜率分别为0.8、1.0和1.2时, 叶轮效率逐步提高; 当出口边环量从0.40增加到0.50时, 叶轮的扬程和功率近似线性增加, 扬程增加19.9%, 功率增加19.5%;随着导叶进口边环量与出口边环量的比值的增大, 泵效率先增大后减小, 当比值为0.93时, 泵的效率最高; 导叶出口边环量分布会影响泵的效率、出口不均匀度和出口周向动能, 当导叶出口边环量为-0.05时, 泵的效率最高, 出口不均匀度和出口周向动能最小。     

压缩波惯性作用对其波形演变的影响

为了准确地评估隧道出口微压波,基于一维平面波方程和压缩波的特性,推导了压缩波在隧道内传播时压缩波压力梯度的理论公式.采用该理论公式,分析了传播距离,初始压缩波幅值以及初始压缩波波前长度等因素对隧道不同位置处压缩波压力波梯度的影响.结果表明:压缩波压力梯度随着传播距离的增加而増大,其变化幅度越来越大,当传播距离接近临界长度时,其压力梯度几乎发生突变;相同的传播距离下,压缩波压力梯度随初始压缩波幅值的增加而增加,随初始压缩波波前长度的增加而减小;当传播距离小于临界长度时,理论公式和数值计算结果的相对误差小于6%,数值计算结果与文献报道的实测结果吻合良好.      

大跨度双层桁架梁悬索桥颤振性能试验研究

为提高大跨度双层桁架梁悬索桥的颤振性能，以主跨为1 700 m的杨泗港长江大桥为工程背景，通过节段模型风洞试验，分别研究了上中央稳定板、下稳定板、水平翼板以及组合措施对主梁颤振性能的影响，并通过将有效气动措施与主梁原有构件相结合的方法来减小传统气动措施带来的不利影响，针对最优气动方案，研究了阻尼比对主梁颤振性能的影响. 研究结果表明:原主梁断面在0° 和 +3° 攻角下发生了没有明显发散点的单自由度扭转软颤振，颤振临界风速分别为50.5 m/s和31.2 m/s；安装于上层桥面的上中央稳定板、下层桥面的下稳定板以及与人行道底部齐平的水平翼板均能不同程度地提高主梁的颤振稳定性；当把水平翼板与下层桥面的下稳定板组合后，主梁的颤振临界风速增长率可高达34%，在此基础上提出了将上层托架和人行道板加宽、并将下稳定板和检修车轨道相结合的最优气动方案；当扭转阻尼比由0.37%增加至0.52%时，主梁的颤振临界风速可提高11.9%，说明阻尼器可能对发生单自由度扭转软颤振的桥梁起到良好的抑振效果.      

考虑初始缺陷的动车组铝合金车体结构稳定性分析

基于非线性有限元分析技术,研究带有初始缺陷的动车组铝合金车体结构承载能力.首先,在研究结构稳定性数值分析理论的基础上,归纳总结出基于子结构法进行动车组铝合金车体稳定性分析的技术流程;其次,在EN12663中载荷作用下,对某动车组铝合金车体结构进行线性稳定性分析,指出车体屈曲因子较低部位为底架检查孔结构区域;然后,运用子结构技术,考虑不同初始缺陷对车体进行非线性稳定性分析,获得底架检查孔结构区域的临界载荷分别为1 350和1125 k N,均低于该区域的线性屈曲临界载荷.建议当类似动车组车体结构线性稳定性分析的屈曲因子较低部位为薄板结构时,应进行非线性稳定性分析.     

Nonlinear Dynamic Buckling of Damaged Composite Cylindrical Shells

Based on the first order shear deformation theory(FSDT), the nonlinear dynamic equations involving transverse shear deformation and initial geometric imperfections were obtained by Hamilton's philosophy. Geometric deformation of the composite cylindrical shell was treated as the initial geometric imperfection in the dynamic equations, which were solved by the semi-analytical method in this paper. Stiffness reduction was employed for the damaged sub-layer, and the equivalent stiffness matrix was obtained for the delaminated area. By circumferential Fourier series expansions for shell displacements and loads and by using Galerkin technique, the nonlinear partial differential equations were transformed to ordinary differential equations which were finally solved by the finite difference method. The buckling was judged from shell responses by B-R criteria, and critical loads were then determined. The effect of the initial geometric deformation on the dynamic response and buckling of composite cylindrical shell was also discussed, as well as the effects of concomitant delamination and sub-layer matrix damages.     

Equivalent stiffness of the saturated poro-elastic half space interacting with an infinite beam to harmonic moving loads

The expression of the equivalent stiffness of the saturated poro-elastic half space interacting with an infinite beam to harmonic moving loads is obtained via the Fourier transformation method in the frequency wave number domain. Based on the obtained equivalent stiffness, the frequency wave number domain solution of the beam-half-space system is obtained by the compatibility condition between the beam and the half space.Critical velocity of harmonic moving loads along an infinite Euler-Bernoulli elastic beam is determined. The time domain solutions for the beam and the saturated poro-elastic half space are derived by means of the inverse Fourier transformation method. Also, the influences of the load speed, frequency and material parameters of the poro-elastic half space on the responses of the beam are investigated. Numerical results show that the frequency corresponding to the maximum deflection and bending moment increases with increasing load speed. Moreover,it can be seen that at higher frequencies, the dynamic response is independent of the load speed. The present results also show that for a beam overlying a saturated poro-elastic half space, there still exist critical velocities even when the load velocity is larger than the shear wave speed of the medium.     

浅埋圆形复合式衬砌隧道动应力响应研究

为了分析浅埋复合式衬砌隧道动力响应特性,基于Fourier-Besselh级数展开法,给出了半无限空间内平面SV波入射下浅埋圆形复合式衬砌隧道动应力集中系数级数解析解,分析了SV波入射角和入射频率参数对衬砌动应力集中系数的影响,研究表明:在SV波入射下,双层衬砌隧道二次衬砌的动应力集中系数幅值大于初衬值;在隧道外部敷设减震层后,由于减震层剪切刚度较低,隧道动应力特性发生明显改变,当低频入射频率参数为0.25,入射波垂直入射时,设减震层可以降低衬砌动应力集中系数20%;SV波入射角度和入射频率参数对衬砌动应力集中系数有显著影响,随着入射角和入射频率参数增大,衬砌动应力系数幅值和分布越来越复杂.      

高墩大跨连续刚构桥气弹模型风洞试验研究

高墩大跨连续刚构桥在施工阶段的抗风能力较弱,以三水河特大桥为工程背景,通过最大悬臂施工状态气弹模型的风洞试验,对其抗风性能就行了研究。采用1：100的缩尺模型比进行最大悬臂施工状态的颤振及驰振试验,测定颤振、驰振临界风速,据此分析评估该桥的抗风性能。风洞试验结果表明,该桥具有较好的颤振、驰振稳定性。     

轮对安装偏角对高速列车过转辙器的动力特性影响

高速列车轮对因定位不准会导致不同程度的初始安装偏差,在通过道岔等薄弱环节时轮轨关系急剧恶化,影响行车安全.?为研究车辆在初始安装偏角状态下通过高速道岔的动力学性能,以18号道岔为研究对象建立了具有初始偏转角的车辆-道岔耦合动力学模型,对前轮对偏转、后轮对偏转、前/后轮对同向偏转、前/后轮对反向偏转4种工况进行仿真,结合...     

Wind pressure distribution and wind-induced dynamic response for spatial groined latticed vaults

The wind pressure distribution and wind-induced vibration responses of long-span spatial groined latticed vaults (SGLVs) were numerically simulated, which always are ones of the most important problems in the structural wind resistance design. Incompressible visco-fluid model was introduced, and the standard k-εtwo equation model and semi-implicit method for pressure linked equation (SIMPLE) were used to describe the flow turbulence. Furthermore, the structural dynamic equation was set up, which is solved by Newmark-β method. And several sort of wind-induced vibration coefficients such as the wind-induced vibration coefficient corresponding to the nodal displacement responses and wind loads were suggested. In the numerical simulation where the SGLV consisting of the cylindrical sectors with different curved surface was chosen as the example,the influence on the relative wind pressure distribution and structural wind-induced vibration responses of the closed or open SGLV caused by such parameters as the number of cylindrical sectors, structural curvature and the ratio of rise to span was investigated. Finally, some useful conclusions on the local wind pressure distribution on the structural surface and the wind-induced vibration coefficients of SGLV were developed.