水下采油树(Christmas)是水下油气田开发中重要的井口控制装置,常年受到波浪和海流的影响,若设计不合理,会引发水下采油树液压管道产生涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)现象,进而会引发液压管道的疲劳破坏。为了保证水下采油树的可靠性和使用寿命,本文利用渤海海域实测统计资料并结合水下采油树液压管道的设计参数,对水下采油树液压管道的涡激振动和直接波浪作用对液压管道引发的疲劳破坏进行分析。

基于均匀流场的弹性圆柱体涡激振动实验,提出了一个考虑流固耦合的涡激升力谱模型。该升力模型采用了Webull分布模型,以流速、约化速度、圆柱体直径和圆柱体固有频率为模型参数,通过引入圆柱体固有频率来考虑流固耦合的影响,避免了时域模型中直接计算圆柱体的顺流向振动响应问题。与实验结果比较表明,该模型可用于均匀流场的涡激振动预测。

该文研究顶张力立管参激-涡激耦合振动计算方法和动力特性。考虑立管顶端动边界条件,建立顶张力立管模型,研究其在剪切流中的涡激振动响应和参激-涡激耦合振动响应。提出立管的动力响应分析方法,分析参数激励对立管横向涡激振动的影响。结果表明,立管的横向振动响应频率存在0.5倍参激亚谐成分,参数激励对于立管横向振动具有重要影响。

斜拉索的风荷载和风致振动问题在工程设计和抗风研究领域备受关注,探索具有较小气动力和良好抑振性能的新型斜拉索十分必要.针对某一特定几何尺寸的波浪形斜拉索,通过风洞试验方法,研究了该波浪形斜拉索的整体气动力、风压分布、局部气动力、涡激振动和干索驰振特性.结果表明在1.00×105~3.86×105的雷诺数范围内,波浪形斜拉索的平均阻力系数总体而言小于标准斜拉索,在低雷诺数范围可减阻18%,最大平均升力系数相比标准斜拉索可降低80%;波浪形斜拉索的风压分布、气动力随雷诺数的整体变化规律与标准斜拉索相似,但展向相关性较弱;波浪形斜拉索的涡激振动性能显著优于标准斜拉索,最大振幅降低34%,最大振幅对应的风速提高了16%;干索驰振性能与标准斜拉索的结果相当,最大振幅可减小5%,但发生振动的风速范围更宽.

通过弹簧悬挂节段模型同步测振测压风洞试验模拟结构涡激振动,以1座大跨度斜拉桥的分离式双箱梁为研究对象,测定均匀流场中不同风攻角下的涡振响应及表面风压。基于局部特征区域气动力与断面总体气动力的局域相关性概念,分析竖弯涡振时上游断面迎风侧下斜腹板、下游断面迎风侧斜腹板及顶板这3个关键局部特征区域的气动力演化特性及其与整体总气动力的同步演化关系。研究结果表明当改变来流攻角时,在分离式双箱梁涡振过程中,不仅会使浸没在流场中的绕流状态、旋涡作用位置发生改变,还会使局部气动力与整体气动力的相关性发生改变。虽然断面不同区域的局部气动力与总体气动力的振动卓越频率相同,但其高阶谐波分量对应频率参与涡振作用的比例却随着风攻角变化而发生变化。另外,分离式双箱梁下游断面迎风侧斜腹板区域与整体断...

为了研究列车与分离式三箱梁之间的气动干扰,进行了一系列风洞试验,重点研究了气动干扰对主梁和列车的三分力系数及主梁涡振性能的影响。采用列车和主梁的节段模型进行静力三分力测试和涡振试验。结果表明分离式三箱梁与列车之间存在显著的气动干扰效应。当单列车存在时,列车和主梁之间的相对水平位置对主梁的三分力系数影响不大。当双列车会车时,主梁的阻力系数较无列车和单列车时显著减小,且背风侧列车受到的气动力先突降后陡增,气动力的剧烈波动会引起列车的振动,对行车安全及舒适性不利。停靠在主梁上的列车对分离式三箱梁的涡振性能产生不利影响,会引起分离式三箱梁新的竖向涡振,且当列车位于迎风侧轨道上时,主梁扭转涡振振幅显著增加。

无砟轨道高速铁路斜拉桥跨度较大,常采用箱形断面主梁,在桥梁建设和运营过程中涡激振动问题不可忽视。以阜淮高速铁路颍河斜拉桥为工程背景,对主梁断面绕流进行数值模拟以及流固耦合求解,研究主梁断面的气动力参数以及竖向涡振响应。针对可能出现的明显涡振进行气动优化,并分析涡振响应对列车行车稳定性的影响。结果表明在0°、±3°和±5°五种攻角下主梁原始断面均出现了竖向涡振,最大竖向涡振振幅均较小;在+5°攻角下主梁原始断面出现明显的竖向涡振,在检修车轨道内侧加设导流板,可显著减小主梁断面的涡振响应;涡振时最大振幅对应列车行车安全性满足要求。

基于计算流体力学方法,以深圳市拟建山谷沟壑处景观桥为研究对象,建立三维仿真节段模型进行气动性能研究。首先研究节段桁架模型在对称边界条件下的合理性,得出可以利用节段模型来代替三维整桥进行数值模拟。然后通过比较三维整桥模拟与国内现行规范中桁架桥气动参数选取方法,做出检验并提出改进建议。以桁架桥结构截面的外轮廓和实面积比作为控制条件建立二维等效模型,采用4种二维圆管桁主梁CFD计算简化模型,并计算了在-5°、-3°、0°、3°、5°攻角情况下的桁架桥梁静力三分力系数。同时基于非定常时程曲线,对4种二维等效模型附近的空间流场结构、涡振性能差异进行了对比。

某大跨度钢箱梁市政悬索桥主梁风嘴短而钝,箱梁底部有检修车轨道,主梁竖向及扭转涡振明显。文章基于1∶50节段模型风洞试验,结合计算流体动力学(CFD)数值模拟,以均匀来流为风洞试验条件,研究了栏杆、导流板和风嘴等对主梁涡振性能的影响,并提出了最优方案。研究表明,风攻角的变化会使涡振锁定风速和振幅均产生变化;栏杆隔三封一能有效地抑制主梁涡振,但可能会影响市政桥梁的美观;加设小风嘴有利于减小甚至消除涡振,且其施工简单,便于工程应用。

以涡激振动海流能利用为工程背景,在流速范围为0-0.75m/s的自循环水槽中开展了直径为6cm的单自由度圆柱涡激振动试验研究,分析了5种不同形状端板、7种不同尺寸矩形端板条件下圆柱涡激振动的响应规律,提出了适用于能量利用的端板形状与合理尺寸。研究结果表明：5种端板中最有利于能量利用的为矩形端板,最不利的为无端板;矩形端板圆柱的振幅和频率为无端板圆柱的1.38倍与1.25倍;利于增强振动的矩形端板顺水流方向长度应控制在1.5-2倍圆柱直径范围内。