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波浪型斜拉索横向与流向受迫振动的数值研究
| 论文题名： | 波浪型斜拉索横向与流向受迫振动的数值研究 |
| 关键词： | 斜拉桥;波浪型斜拉索;横向受迫振动;流向受迫振动;数值计算 |
| 摘要： | 斜拉桥是一种由桥塔、主梁、斜拉索三种基本构件组成的组合结构，由于其具有良好的力学性能、相对低廉的造价及精致的外观，近年来已成为大跨径桥梁建设中最有竞争力的桥型。斜拉索作为主要承重构件之一，当有风从其一侧吹过，尾流中会出现周期性的涡脱落，这种周期性的涡脱落会诱发作用在斜拉索上的纵向和横向的非定常载荷，进而激起振动响应。长期的振动会引起构件疲劳，甚至导致桥梁完全损坏继而发生灾难性事件，因此，探明斜拉索涡激耦合振动特性具有十分重要的意义。 本文在课题组前期研究基础上发现：某些特定波浪形状的斜拉索由于其上下表面沿展向方向呈正弦曲线变化，延缓了自由剪切层的分离，抑制了卡门涡街的产生，减阻可高达18％且脉动升力系数趋近于0。基于此，本文以新型波浪型圆柱为研究对象，在N-S方程的基础上，对雷诺数Re=100下特定波浪形状(λ*=2和λ*=6)两种波浪型圆柱在均匀来流中横向与流向受迫振动展开系统的数值研究，得到了升阻力系数随振动频率的变化关系以及在不同振幅下的锁定区间和尾流结构2P,2S,P+S三种典型涡脱形态。 研究结果表明：横向受迫振动时，对于λ*=2波浪型圆柱，减阻效果不明显，阻力系数只在锁定区前较直圆柱略小，但具有较好减振效果；λ*=6波浪型圆柱则表现出更为良好的减阻减振效果，在振幅比A*=0.2和0.4条件下最大减阻分别可达20％和30％，减振高达93％和78％，尾流结构发现2S、2P等涡脱形式。流向受迫振动时，λ*=2波浪型圆柱仅在振幅比A*=0.1时有减振效果，λ*=6波浪型圆柱则在振幅比A*=0.1和0.3条件下仍然保持良好的减阻减振效果，这说明在小振幅比下，λ*=6波浪型圆柱在横向与流向受迫振动中均保持良好的减阻减振效果，表现出良好的气动性能，在圆柱尾流发现了A-I、A-III和 A-IV模态，并观察到不同模态之间的竞争与转化。 本文通过对波浪型斜拉索横向与流向受迫振动的数值研究，为波浪型斜拉索振动特性的进一步研究奠定了重要基础。 |
| 作者： | 熊灿 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 邹琳 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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