基于CFD与风洞试验的边主梁涡振气动措施

为能够快捷且经济地完成开口类钝体桥梁断面涡振制振气动措施的选型,以一座边主梁叠合梁斜拉桥为背景,采用“CFD （computation fluid dynamics）数值模拟选型 + 风洞试验验证”的思路对其涡振制振气动措施选型进行研究. 该桥原设计主梁断面在常遇风速下存在显著涡激振动,为完成气动措施的初步选型,采用CFD数值计算对原设计断面的流场进行模拟,通过研究原设计断面的旋涡脱落状态确定主要旋涡抑制对象,进而有针对性地模拟了3种气动措施（下中央稳定板、导流板与风嘴）对主要脱落旋涡的抑制作用,通过将各断面旋涡脱落状态与三分力系数进行对比分析,得到各断面涡振性能的相对优劣关系,并最终选取风嘴与下中央稳定板结合而成的组合气动措施进行风洞验证试验. 试验结果表明:该组合气动措施能够有效抑制梁体在各风攻角下的涡激振动,且在 +5° 风攻角下,通过风洞试验得到的导流板、下中央稳定板、风嘴组合气动3种措施对原设计断面涡振振幅的减小作用依此递增,分别为2.7%、27.7%与87.4%,制振能力高低关系与数值模拟结果相一致;本次数值模拟结果符合预期要求,未来可针对不同类型桥梁断面进一步扩展数值模拟与风洞试验结果对比的数据集,以期更为准确、快捷地完成气动措施的选型.      

香溪长江公路大桥拱上立柱减振技术研究及应用

香溪长江公路大桥主桥为跨度519 m(计算跨径)的中承式钢桁架拱桥,拱上立柱采用箱形钝体截面钢排架结构.为解决立柱可能发生的风致振动问题,对大桥立柱减振技术进行研究.采用有限元法分析立柱的振动特性,计算其涡激振动的起振风速;提出采用调谐液体质量阻尼器(TLMD)进行振动控制,并基于多目标满意度优化方法对频率分布式多重T...     

基于监测数据的斜拉索涡激振动自动识别及振动特征分析

涡激振动是斜拉索典型异常振动之一。为实现斜拉索涡激振动的自动识别并摸清涡激振动的振动特征,以一座斜拉桥的12根斜拉索在1个月内的监测数据为基础,分析斜拉索涡激振动特征及其与环境的相关性,并基于涡激振动空间分布特征讨论斜拉索约服役状态。首先,采用斜拉索涡激振动自动识别方法识别斜拉索的随机振动、涡振形成、涡振稳定等3种振动状态;然后,基于识别结果,分析斜拉索涡激振动与风速、风向的相关性以及涡激振动的振幅特征,并讨论涡振自动识别中特征指标的有效性;最后,对比了12根斜拉索涡激振动的出现次数和振幅的空间分布特征,并基于空间分布特征的差异对12根斜拉索可能存在的性能差异进行了讨论。结果表明,涡激振动与风速、风向具有较强相关性,但是特定风向下的特定风速并不一定引发斜拉索涡激振动;斜拉索涡激振动的振幅分布范围较广,小振幅涡激振动与大振幅涡激振动同时存在;采用特定风速风向结合振幅指标并不能准确识别斜拉索涡激振动;背景斜拉桥对称位置的斜拉索涡激振动空间分布特征不同,表明对称位置斜拉索(阻尼系统)服役状态不同。分析结果可为斜拉索监测及养护提供参考。     

某宽幅箱梁悬索桥气动特性节段模型风洞试验

大跨度桥梁由于其结构轻柔,容易出现静力失稳现象及各种形式的风致振动.通过对节段模型风洞静力三分力试验验证了某宽幅闭口箱梁悬索桥没有出现驰振的可能,并对全桥进行了几何非线性静风稳定分析,得到该桥的静风失稳临界风速.通过风洞弹性悬挂节段模型试验,得到了该桥的颤振临界风速.分析了阻尼比对于颤振临界风速的影响,试验结果表明阻尼...     

鳊鱼洲长江大桥矩形钢箱梁涡振性能及控制措施研究

鳊鱼洲长江大桥为铁路斜拉桥,其矩形钢箱梁主梁在常遇风速下会发生涡激振动。为了抑制其主梁涡激振动,通过一系列风洞试验,研究减小栏杆透风率、增设裙板、导流板及风嘴等气动措施对矩形钢箱梁主梁涡振性能的影响。试验结果表明：减小栏杆透风率、增设裙板、导流板不能有效提高矩形钢箱梁的涡振性能;三角形风嘴能够适当降低主梁的竖弯涡振,但对扭转涡振无明显作用。提出了一种带平台的三角形下行风嘴,可完全消除矩形钢箱梁的涡振现象,并通过 1:25大尺度节段模型风洞试验验证了该措施的有效性。论文研究成果可为大跨度铁路斜拉桥钢箱梁的涡振制振设计提供参考。     

风嘴外形对钝体钢箱梁铁路斜拉桥涡振性能的影响

钝体钢箱梁在大跨度铁路桥梁建设中具有广阔的应用前景,以某大跨度钝体钢箱梁铁路斜拉桥为背景,采用1∶50节段模型风洞试验对该类箱梁的涡振响应进行测试,试验结果表明梁体在各测试风攻角(0°、±3°、±5°)下均存在涡激振动。为抑制涡激振动,通过风洞试验并结合计算流体动力学研究风嘴外形对钝体钢箱梁涡振性能的影响规律。研究表明,采用下行风嘴形式与减小风嘴角度均能提高三角形风嘴的制振能力。在传统三角形风嘴上部设置平台可显著提高风嘴制振性能,增加平台长度与减小风嘴角度均可有效提高该类风嘴的制振效果,但其中平台长度是主导影响因素。进而提出一种带平台的三角形下行风嘴制振措施,并通过1∶25节段模型风洞试验对该措施有效性进行验证。数值模拟结果表明,改变风嘴外形可有效降低主梁表面的旋涡尺寸,从而起到抑振主梁涡振的作用。研究成果可为大跨度钝体钢箱梁铁路桥的涡振制振设计提供参考。     

设置分段式声屏障桥梁的涡振幅值反演方法

大跨桥梁的涡激共振常采用节段模型风洞试验进行测量,但节段模型试验建立在二维理论上,当桥梁由于分段式声屏障导致沿跨向存在多种气动外形时,涡振响应难以通过节段试验直接测量.本文基于线性涡激力模型提出考虑多气动外形影响的节段-实桥涡振幅值反演方法.首先,分别对带屏障与无屏障段截面进行节段模型风洞试验;然后,通过ANSYS谐响应分析,反演全跨布置与不布置屏障两种工况的实桥涡振幅值,获得对应的涡激荷载幅值;最后,根据声屏障实际布置位置分段施加涡激荷载,得到设置分段式声屏障桥梁的实桥涡振响应,并基于本文方法对不同声屏障布置方案进行了参数分析与讨论.试验结果表明：全封闭声屏障会显著降低主梁抗风性能,屏障的分段布置对整体涡振影响较大;本文方法可通过节段模型试验结果直接估算多气动外形桥梁的全桥涡振响应,声屏障布置应在满足降噪条件下尽量布置于边跨,若布置长度超过桥塔位置,须尽量缩短布置长度以减小涡振响应.     

基于重叠网格的桥墩防撞浮箱流场特性数值研究

为了揭示桥墩加装防撞浮箱后的水动力性能及流场特性,基于重叠网格方法,以典型的圆形自浮式浮箱-桥墩系统为例,采用雷诺应力(RSM)湍流模型,利用VOF方法捕捉自由液面,同时考虑浮箱升沉位移,建立了三维数值计算模型。通过与实验数据对比,验证了数值仿真方法的合理性和结果精确度;以重叠网格技术实现浮箱的升沉垂荡运动,研究了水流流速和水深变化对防撞浮箱的升沉垂荡、动力响应和流场特性的影响。研究结果表明：水流流速主要影响防撞浮箱的升沉位移值,而水深主要影响防撞浮箱的垂荡历程;防撞浮箱在3个方向上的力系数基本都是随水深的增加而下降,但较低流速时,力系数随水深的增加下降趋势较为平缓,纵向力系数随水深的增加先略微上升后再下降;防撞浮箱的垂荡与垂向力有关,较低流速下浮箱垂向力的变化周期随水深的增加而增大,较高流速下,防撞浮箱产生强烈的垂荡,周期变化规律完全消失。     

基于流致振动的海流能发电技术及研究现状

海流能对增加能源来源、保护生态环境、应对气候变化、促进能源可持续发展等具有重要意义。我国沿海的该类能源流速较低,因此研发有效的低速海流发电装置成为该领域亟待解决的重要问题。基于流致振动的交替升力海流能发电技术具有很大潜力,对涡激振动与驰振的利用技术、流致振动海流能捕能系统的研究现状进行系统介绍,分析了当前研究的前沿技术及其可靠性,以及政策对流致振动商业化研究的影响,给出了未来研究的相关建议,为进一步研究基于流致振动的海流能发电技术提供参考。     

斜流作用下清洗机器人流场大涡模拟

针对清洗机器人受水流作用的工作稳定性问题,采用大涡模拟方法对雷诺数Re分别为300、3 000、30 000等3种来流条件下的水下机器人流场动力学特性进行数值模拟,分析其时均流场、瞬态涡结构和受力特性。结果表明：紧贴船壳壁面的水下机器人周围流场稳定性很高,壁面效应使机器人尾涡脱落受到抑制;随雷诺数增加,流体边界层厚度减小,阻力系数和侧向力系数逐渐增大;雷诺数为30 000时,阻力系数为0.53,侧向力系数为0.28,侧向力控制是水下机器人后续研究的重点。研究结果能为清洗机器人工作过程的稳定性研究提供理论依据。