针对单层、腔室型两种形式的开孔波纹板风障,采用滑移网格方法分别模拟横风条件下高速列车通过风障区域的过程,分析了在横风和列车风耦合作用下风障周围的绕流流场特性、风障面板气动荷载的时域特性及横风与列车风耦合脉动压力的频域特性。结果表明:在高速列车行经风障区域的过程中,无横风时头车产生的冲击作用要大于尾车的;存在横风作用时,列车头车产生的气动冲击作用与横风作用形成对冲,抵消了部分横风能量,而列车尾车则与横风作用相叠加,放大了横风对风障的气动作用;单层风障通过改变横风流向起到挡风减载作用,而腔室型风障同时可在腔室内部及尾流形成大量小漩涡来消耗横风能量,使用腔室风障能显著降低单个风障面板的气动荷载;该研究中,横风与列车风耦合作用于风障的脉动压力以及气动荷载的主频谱峰值集中在0.5~5 Hz内。

以某大跨双边主梁钢混叠合梁斜拉桥为工程背景,通过风洞试验研究钝体主梁断面的涡振性能并提出合理的气动优化措施。试验发现边主梁叠合梁开口截面主梁在低风速下容易发生涡激共振,且随攻角由正变负涡振性能愈发不利。气动措施优化结果表明边主梁底部设置外侧设置水平稳定板比在内侧设置水平稳定板效果明显。而梁底竖向稳定板对竖向涡振起到一定抑制作用,但是却导致扭转涡振加剧;检修道栏杆顶部抑流板的制涡效果优于在梁底设置水平稳定板,说明主梁断面上部构造对其涡振性能影响更显著。而在边主梁两侧设置风嘴,其制涡效果最好,涡振幅值抑制率达80%。

在常规气动声学研究中,机翼结构往往被视为不会与流体发生耦合作用的刚性体,认为流体压力不会引起机翼结构振动。但实际上机翼结构在外部流体激励作用下会产生振动,结构振动会起流场变化进而引起气动噪声变化。对于弹性较大的机翼结构忽略这种流固耦合振动噪声效应会导致数值模拟结果偏离实际情况。为了研究流固耦合振动效应对气动噪声预测结果的影响,以NACA0012翼型为对象,采用CFD/CSD耦合数值方法求解翼型流场和结构场的非定常响应,再通过FW-H方程评估翼型的远场辐射气动噪声。仿真结果表明考虑流固耦合效应时翼型的气动噪声要显著大于刚体模型情况,并且噪声声源指向性发生明显改变。对机翼表面涡量分析发现,机翼的振动改变了机翼表面压力分布,导致机翼表面湍流动能增强,进而造成机翼辐射气动噪声的增大;并且弹性机翼辐射的气动...

基于浙江温州市区某方形高层建筑在不同台风下原型实测数据,应用单输入多输出的ERA-NExT理论方法,对影响气动阻尼比的诸多因素进行综合对比分析研究。结果表明:随着平均风速的增加,速度、加速度均方根也沿着幂函数增加;在小折减风速范围内(小于1. 0),气动阻尼比与折减风速、加速度(速度)均方根与幅值比值的关系也不是纯粹单调的,而是分区间增减变化,虽然四个台风的区间范围稍有不同,但变化规律却比较相似,而且其曲线数值大小的排列与风向角大小具相关性; X,Y向气动阻尼比与结构加速度功率谱幅值的关系具有相似规律。

随着悬索桥跨径的增大，静风作用、缆索上的风荷载以及风速空间分布的非均匀性都随之明显增强，可能会对大跨度悬索桥的颤振稳定性构成不容忽视的影响。在线性颤振分析方法基础上，进一步考虑静风效应、风速空间非均匀分布和主缆气动力作用等因素建立了精细化的大跨度桥梁三维非线性颤振分析方法，并编制了相应的计算分析程序。以润扬长江大桥南汊悬索桥为例，通过精细化分析揭示了静风效应、风速空间分布非均匀性以及主缆气动力等因素对大跨度悬索桥颤振稳定性影响的规律和程度。结果表明:静风作用引起的结构动力特性尤其是空气力非线性变化、风速空间非对称性分布和主缆气动力等因素对大跨度悬索桥颤振稳定性的影响显著，必须在颤振分析予以准确考虑。

针对某分布式水平轴风力机叶片，首次提出于翼型吸力面上进行翼型凹变的结构改良，以额定工况时不降低叶片功率输出为前提，成功地将翼型凹变应用于叶片刚度、阻尼比和固有频率的有益改进。研究揭示，翼型向内侧凹变可较好地控制叶片吸力面上气流交汇的位置和影响范围，配合凹槽对汇聚流线的诱导效应，可在一定程度上减小气体流动的能量损失，进而提升叶片的气动性能。此外，翼型凹变可显著提升风轮1阶、2阶阻尼比3%～9%，提升叶片刚度值32%，同时可有效降低叶片最大位移和最大应变值分别为28%和19%。翼型凹变在风力机叶片设计中的成功应用，不仅可为翼型族的衍生提供了新的实现方法，同时可为叶片气动性能和结构动力学性能的兼优性开发提供新的实现途径。

针对风力机叶片的不稳定振动，阐述基于偏移量控制的模型预测控制（MPC）算法在预扭叶片振动控制中的应用。结构模型是基于结构阻尼计算的2D预扭典型截面，基于通用2D挥舞/摆振模型进行挥舞角/摆振角的变换，纳入了不同预扭角度下的结构阻尼。气动力是基于拟合气动系数的“六级正弦和”模型。基于偏移量控制和给定目标值的MPC算法，研究基于时域响应的稳定性分析和振动控制方法。MPC控制算法基于状态空间描述，实现位移响应分析及控制信号展示，利用罚权值实现设定点跟踪和控制信号变换，并制约输出信号幅度，迫使其急速衰减。通过变化的结构阻尼、预测水平系数和不同的目标参数下的响应分析，并对比线性二次型控制结果，验证了MPC算法的鲁棒性。

采用Küssner类型函数对抖振力以及气动导纳在时域内进行模拟。对某大跨度悬索桥初步设计方案进行了风洞试验,得到该桥梁加劲梁断面的气动导纳。以试验气动导纳以及基于二维薄机翼理论的Sears气动导纳为基础进行了参数识别,得到相应的Küssner函数参数值。根据识别得到的Küssner函数,分别在时域内计算了考虑Sears气动导纳、试验气动导纳以及不考虑导纳时的抖振位移响应。分析结果表明采用Küssner函数法可灵活地将频域内的气动导纳转换为时域函数,从而便于考虑各类非线性后进行动力有限元分析。数值算例结果表明,当不考虑气动导纳时会得到显著偏大的抖振结果。考虑气动导纳时,基于Sears函数的抖振响应又明显高于基于试验导纳的抖振响应。因此,即使是对于采用类平板扁平箱梁的大跨度桥梁,其抖振响应分析宜采用试验测得的气动导纳代替广泛应...

基于随机拉格朗日-欧拉(ALE)法和弱耦合方法,建立了断面风振响应计算的数值模型。提出了无风环境下振动断面的气动力数学表达式,模拟了薄平板断面在无风环境下的自由振动响应,进而计算了断面的非线性振动频率和阻尼比。结果表明:提出的气动力模型能够有效的描述无风环境下作用在振动断面上的非定常气动力;无风环境下振动中的主梁断面,竖向振动比扭转振动对周围空气的干扰作用更大;若忽略无风环境下的气动效应,将会带来一定的误差;初始激励对无风环境下主梁断面的气动效应有较大的影响。

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。