首先基于Hamilton变分准则推导了覆冰导线三自由度耦合动力学方程组,接着采用两种离散方法离散动张力应变,一种是直接使用Galerkin法离散,另一种是先将动张力应变等效处理,然后再使用Galerkin法离散。由风洞试验测得新月形覆冰四分裂导线的气动力系数,并将各子导线的气动力系数等效,接着利用泰勒展开式拟合气动力系数,选取攻角55°进行舞动分析。基于Runge-Kutta法得到两种离散方法下的位移响应曲线,通过对比这两者位移响应曲线的差别,发现不同的离散方法对系统的相位、频率以及振幅皆有一定程度的影响。本文研究有助于理论建模的完善,并能给予实际工程一些指导。

为研究山区峡谷大跨度人行悬索桥的抗风性能,以一座跨度为389 m的人行悬索桥为背景开展风洞试验研究。首先采用地形模型风洞试验获得加劲梁设计基准风速、静阵风风速和颤振检验风速;然后采用节段模型测力风洞试验测得加劲梁气动力系数随风攻角的变化规律,采用节段模型测振风洞试验测得加劲梁在风荷载作用下的竖向位移根方差及扭转角根方差,以分析加劲梁的涡振特性和颤振稳定性。结果表明随着风攻角由-10°变化到10°,加劲梁的阻力系数先减小后增大,升力系数明显增大,扭矩系数缓慢增大;加劲梁在+3°和+5°风攻角下均发生了扭转涡振和软颤振现象,但涡振的起始风速均大于设计基准风速,颤振临界风速均大于颤振检验风速,表明该桥具有较好的涡振性能和颤振稳定性。

对于型式复杂杆塔的塔头和横担等部位,一般推荐高频测力天平试验等方法确定其气动力系数。对于常规构件和杆塔,气动力系数与构件尺寸、形状、环向角(风向与角钢对称轴的夹角)、风向角(风向与线条方向的夹角)、雷诺数、杆塔密实度(杆塔投影面积与轮廓面积之比)等参数相关。有关资料表明,国内规范存在角钢塔气动力系数取值偏小、气动力系数随填充系数的变化规律不同。为此,对A、B、C、D、E、F、G七个地区荷载规范及线路设计规范中输电线路构件及杆塔气动力系数的规定进行了系统性的梳理比较,归纳出气动力系数的统一表达式。结合已有试验结果和工程经验对表达式中各参数进行了分析和拟合,总结出适用于输电线路构件及杆塔的气动力系数建议值,为输电线路抗风设计提供参考。

以某拱桥为例,通过数值模拟研究了串列双矩形拱肋的气动干扰效应,及其对两截面气动力系数的影响。在对计算模型进行验证的基础上,进一步研究了截面宽高比、间距比和来流风攻角对拱肋周围流场的影响,并结合压力云图和湍动能云图解释了气动力系数的变化规律,讨论了不同宽高比截面的漩涡脱落频率与结构自振频率之间的关系,分析了两拱肋升力时程的差异对整体扭矩可能产生的增大效应。结果表明串列拱肋间的气动干扰效应显著。受上游截面尾流的影响,下游截面的阻力系数明显减小,其值与漩涡的形态、能量大小、移动轨迹等因素密切相关。上、下游截面的升力时程在幅值和相位上存在明显差异,导致拱肋整体的力矩增大,其效应随宽高比或间距比的增大而明显加强,随风攻角的增大而有所降低。漩涡脱落频率随宽高比的增大呈先增大后减小的趋...

采用CFD(计算流体力学)数值模拟方法研究了特高压圆管输电塔的气动力特性。基于SOLIDWORKS和ICEM软件建立了输电塔整塔的精细化CFD数值模型,采用基于RANS的SST k-ω湍流模型模拟输电塔周围的空气流动,重点分析了不同风速和风向角下输电塔各塔段的气动力系数,并将数值计算得到的各塔段阻力系数与国内外规范值进行了详细对比分析。研究结果表明输电塔最高处的参考风速对气动力系数的影响很小;大部分塔身的阻力系数值关于风向角45°呈现对称状态;在45°~90°风向角内,阻力系数随着风向角的变化呈先减小后增大趋势,在60°达到最小值;塔身的升力系数几乎为0;数值模拟得到的大部分塔段(除塔腿及其相邻段)的阻力系数大于规范取值。

通过覆冰四分裂导线与单导线风洞试验,得到了4种不同工况下的空气动力系数,接着采用等效替代法得到关于四分裂导线中心轴的等效气动力系数,再将该系数与相同条件下进行风洞试验所得的单导线气动力系数作对比。结合Den Hartog横向驰振机理与Nigol扭转稳定机理,分析了等效后覆冰四分裂导线的稳定区与不稳定区,并将其与单导线的稳定区与不稳区作对比,分析了两者的失稳。本文所得结论能对覆冰导线舞动研究与仿舞技术研究有一定的参考价值。

为了研究微椭圆形截面斜拉索临界雷诺数区的气动特性,以标准圆形截面斜拉索模型和微椭圆形截面斜拉索模型为研究对象,开展了考虑截面变形和风攻角变化的风洞试验,得到了不同情况下雷诺数对模型气动力系数的影响规律,同时通过对升力时程和升力频谱分析,得到了临界雷诺数及附近区域的标准圆形截面和微椭圆形截面模型尾流旋涡脱落的变化。结果表明:微椭圆形截面模型在雷诺数亚临界区时,升力系数基本不受雷诺数的影响;在临界区时,升力系数随雷诺数逐渐增大;风攻角0°~50°时,微椭圆形截面模型升力系数最大值对应的雷诺数随风攻角同步增大;微椭圆形截面模型的升力时程在TrBL0向TrBL1阶段和TrBL1向TrBL2阶段过渡中会出现双稳态现象;微椭圆形截面变形会影响斜拉索尾流区旋涡脱落情况,进而影响不同雷诺数下的St数值变化。

参照结构风洞试验和现场实测的方法,结合车辆行驶能产生风的特点,提出一种理想道路条件下利用汽车行驶风测试结构气动力系数的跑车试验方法,该方法可成为风洞试验的有益补充。然而,汽车在行驶中由于路面不平整、发动机抖动及机械传动等因素作用下不可避免地产生振动,搭载于车上的结构模型由于该车辆振动的影响将受到惯性力的作用,该惯性力也会被测力天平采集,造成结果失真。采用理论推导和现场试验的方法,构建了跑车试验的基本理论,设计和组装了跑车试验的物理试验平台,运用该方法对参考文献三棱柱模型的升、阻力系数进行测试,同时对汽车行驶振动的影响进行研究。结果表明:在理想道路条件下,跑车试验理论公式正确,构建的跑车试验装置合理,等腰三棱柱模型的升、阻力系数跑车试验测试结果与风洞试验结果吻合很好,汽车行驶振动对...