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流线型箱梁断面非线性自激力与非线性颤振响应研究
| 论文题名： | 流线型箱梁断面非线性自激力与非线性颤振响应研究 |
| 关键词： | 箱梁桥;自激力;流场特征;颤振响应;结构阻尼比 |
| 摘要： | 本论文首先回顾了大跨度桥梁抗风研究的发展历程，介绍了自激气动力的研究现状和获取途径。随后基于CFD数值模拟，研究薄平板和流线型箱梁断面的自激力特性，并通过流场显示，考查自激力非线性成分与典型流场特征之间的关系。引入特定的假设条件，通过理论推导，建立了桥梁二维非线性颤振响应分析的一般方法，并在此基础上讨论结构阻尼比模型的数学形式对桥梁非线性颤振幅值响应的影响。本文的主要研究内容有: (1)提出了多变形子区域的动网格方法，结合刚性网格技术和标准弹簧光顺法，实现桥梁断面大振幅变形运动时网格质量的良好控制。 (2)研究大振幅条件下薄平板和流线型箱梁断面的自激力。运动振幅越大，高次谐波成分在整个气动力中所占的比例也越大。同等振幅条件下，对纯扭转运动而言，高折算风速下的自激力非线性效应更显著，但对纯竖弯运动而言，则是低折算风速下的自激力非线性更显著。 (3)研究薄平板大振幅条件下的流场。流动分离不是气动自激力出现高频分量的原因，平板前缘流动分离影响自激气动力的基频幅值，而气动力高次谐波分量所占比例与流场中二次涡的强度成正相关。 (4)研究流线型箱梁断面大振幅条件下的流场。断面单侧流场出现漩涡反向的现象与气动力出现高次谐波分量具备同时性。 (5)在假设桥梁颤振是同一频率简谐竖向和简谐扭转运动耦合的基础之上，将颤振导数表述为折算频率和运动振幅的二维函数即非线性颤振导数，以振动系统的总阻尼再次为零作为振动振幅稳定的判据，建立了一种非线性颤振分析的基本方法。 (6)研究南京四桥断面的非线性颤振幅值响应。即使其颤振临界风速被超过后，颤振响应也可能维持在一定的振幅水平上，对颤振响应振幅起决定作用的是颤振导数A*2构成的气动正阻尼和与A*1、H*3有关的耦合气动负阻尼。 (7)研究结构阻尼比模型的数学形式对非线性颤振响应的影响。当结构阻尼比为常数型时，结构阻尼无法抑制颤振发散。当结构阻尼比为线性比例型时，阻尼比随振幅变化的斜率构成了抑制颤振响应的重要因素。当结构阻尼比为渐近型时，其振幅响应曲线的形状介于常数型阻尼比和线性比例阻尼比的振幅响应曲线之间。 |
| 作者： | 唐煜 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 郑史雄 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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