大跨度桥梁多模态耦合颤振DTMD控制研究

DTMD是一种具有双频率的调谐质量阻尼器,与普通TMD相比,可以同时实现对主梁竖向和扭转运动的控制,具有较高的控制效率。本文基于多模态耦合颠振理论,导出带有DTMD的桥梁颠振系统运动微分方程,采用PK—F法求解系统颠振运动微分方程,并编制了多模态耦合颠振DTMD控制和参效分析程序,以崖门斜拉桥为算例,分析了DTMD对桥梁颤振控制的有效性并与普通TMD进行了对比,计算结果表明与传统TMD相比,DTMD对桥梁颠振具有更高的控制效率。     

全机非对称外挂状态颤振分析

对非对称外挂状态飞机的颤振特性作了分析,并对计算结果进行了窜支自动跟踪及可视化处理,取得满意的结果,为非对称密集模态飞机结构的颤振分析和数据处理积累了许多有益的经验.     

桥梁多模态耦合抖振控制方法研究

目前已证实调谐质量阻尼器(TM D)可以有效控制桥梁抖振响应,并已在工程中得到应用。然而,传统桥梁抖振被动控制理论是基于单模态叠加SRSS法,无法考虑多模态参与作用和模态间气动耦合效应,本文基于Scan lan多模态耦合抖振理论和多重调谐质量阻尼器(M TM D)被动控制理论,提出一种桥梁多模态耦合抖振M TM D控制方法,该方法可以考虑多模态参与作用、模态间气动耦合效应和单模态中各模态位移分量的气动耦合,且对各TM D在主梁上的安装位置没有任何限制。本文最后采用时域仿真方法对该方法进行了验证,两者计算结果吻合良好,表明本文所提出的方法的正确性。     

变频单TMD对框架结构的减振效果分析

变频单TMD系统是对普通单TMD系统的改进,在普通单TMD系统的基础上提供附加刚度,并通过位移条件控制该附加刚度是否参与TMD系统的工作.变频单TMD系统在不同位移条件下具有不同的频率,具有MTMD(Multiple Tuned Mass Damper)的性能和优点,能减小结构多个自振频率引起的较大的动力响应,显著提高结构的振动控制效果.将变频单TMD系统应用于高层框架结构,分析其动力响应.计算结果表明,变频单TMD系统能有效减小结构的动力响应,与普通单TMD相比,减震效果更为显著.     

资金项目:国家自然科学基金资助项目

采用能计及非线性结构刚度的颤振方程为控制方程,和非定常N-S方程耦合求解,运用龙格-库塔方法在时域内求解结构响应的时间历程,从而确定颤振临界条件.计算了带结构刚度非线性的跨音速颤振特性.计算结果表明,结构刚度非线性对颤振特性有明显的影响.由于同时具有结构和气动力非线性,导致了具有复杂振荡极限环的特性.     

多自由度复杂结构的TMD调谐减震控制研究

给出多自由度复杂结构中调谐减震控制TMD的有效设计方法.通过分析发现简谐基底激励作用下的TMD最优参数并非减震控制的最佳选择,主要区别是减震控制时TMD的最优阻尼比要显著小于简谐基底激励下的最优阻尼比.在随机地震激励下给出用于确定减震控制TMD最优参数的方法.据此进行了三相叠积电抗器的减震TMD设计,确定了最优减震参数,通过分析实际地震波作用下的结构响应,表明所设计的TMD在地震动作用下对三相叠积电抗器有十分明显的减震效果,证实用本文方法可以有效地对多自由度复杂结构设计TMD进行减震控制.     

土—结构相互作用对高柔结构风振响应TMD控制的影响

文中研究了土－结构相互作用对高层,高耸结构风振响应TMD控制的影响,讨论了结构不同基础类型和不同地在土介质对TMD风振控制效率的影响,数值结构表明,土－结构相互作用对风振响应TMD控制的影响不同于对地震响应TMD控制的影响。     

主动约束层阻尼对超声速梁结构颤振特性的影响

本文采用主动约束层阻尼技术研究超声速梁的颤振特性,利用Hamilton原理和假设模态方法建立结构的运动方程,采用活塞理论模拟超声速梁的气动压力,采用速度负反馈控制获得主动阻尼,求解本征值问题得到复特征值,进而得到结构的固有频率和损耗因子.计算结构的固有频率随无量纲气动压力的变化曲线,得到颤振点,分析了主动阻尼和被动阻尼对颤振速度的影响.计算结果表明主动阻尼可以影响梁的气动弹性特性,并增大超声速梁的颤振速度.本文研究结果对超声速飞行器结构的颤振分析和气动设计具有重要意义.     

随机激励下考虑SSI效应的TMD-结构控制参数优化设计

TMD是高层建筑结构抗震和抗风等减震控制的主要方法,结构体系频率和TMD参数的适配性对控制效果起决定性作用。现有规范中忽略土对上部结的构的影响,使得TMD-结构振动控制与实际工程情况存在脱节。本文以结构的最大层间位移为控制指标,将优化算法与概率密度理论方法结合,以十层混凝土框架TMD-结构参数优化为例,研究了SSI对TMD结构控制效果的影响,并实现了随机激励下TMD建筑结构参数的优化设计。为TMD建筑结构最优化设计提供了新的思路和方法。     

高超声速全动舵面的热气动弹性研究

根据分层求解原理对考虑舵轴及舵轴与机身间隙影响下的高超声速飞行器全动舵面进行了热气动弹性分析. 采用计算流体力学（CFD）方法求解N-S 方程计算舵面周围的热环境,在该温度分布下根据结构壁面温度计算热流,应用傅里叶（Fourier）定律确定结构热传导过程及其内部温度分布,进而分析结构考虑热应力和温度对材料属性的影响下的模态固有特性,结合基于CFD 技术的当地流活塞理论,在状态空间中对舵面进行了热气动弹性分析. 结果表明,气动加热效应改变了结构的固有频率以及弯扭耦合频率之间的间距,进而改变了结构的颤振速度和颤振频率;随着热传导的进行,结构固有频率和颤振频率先快速减小后基本保持不变,弯扭耦合频率之间的间距和颤振速度则先快速减小后略有上升;舵轴及舵轴与机身间隙的存在对舵面的固有频率、颤振频率、颤振速度都产生了影响,使其最大下降了6%.      

Passive aeroelastic control of a suspension bridge during erection

This study presents a system based on passively controlled leading- and trailing-edge flaps that is designed to suppress wind-induced instabilities such as flutter and torsional divergence. The utility of the approach is demonstrated on a three-dimensional bridge model. Particular emphasis is placed on the early stages of the deck erection process when the bridge is particularly vulnerable to flutter. The flaps are activated by the deck's movements though passive phase-compensating mechanisms comprising of springs, dampers and inerters. It is demonstrated that optimised compensator parameters, and optimum hinge locations, result in a substantially improved deck aerodynamic performance. Particular importance is given to ensuring that the controlled system has good closed-loop ‘robustness’ properties, or in other words, that the controlled system has a high tolerance to parameter variations and uncertainties in the system dynamics. The practical use of a nonlinear optimisation algorithm with a FE bridge aeroelastic model, which includes the flap dynamics, necessitates the use of reduced-order models. A novel model reduction procedure that is based on the retention of dominant poles is introduced into the aeroelastic modelling framework. Multimodal interactions are observed at the various erection stages and conclusions are drawn with regard to the contributions of various modes of vibration to aeroelastic instabilities. The main advantage of this approach lies on the passive system's simplicity and its ability to simultaneously increase the flutter and torsional divergence boundaries. The Humber Bridge in the U.K. is chosen as a study example for numerical simulations.     

主动控制翼板抑制悬索桥颤振的研究

主动控制翼板是一种新型桥梁气动措施。本文基于非定常气动力理论，推演了安装主动控制翼板后作用在整个桥梁主梁单位长度上气动力表达式，从增加系统扭转阻尼的角度，研究了翼板主动扭转振动参数的选取。在此基础上，对某大跨悬索桥方案进行了二自由度颤振分析，结果表明：合理选取翼板的主动扭转振动参数，主动控制翼板能够有效地提高该桥的颤振稳定性。     

适用于几何非线性气动弹性分析的结构动力学降阶模型方法研究

几何非线性是壁板颤振和大展弦比机翼气动弹性等问题的一个主要特征,在进行数值仿真分析时往往需要采用商业非线性有限元求解器,存在计算量大和耦合迭代策略不易控制等问题。本文发展了一种适用于几何非线性的结构动力学降阶模型(CSD-ROM),利用广义坐标的非线性多项式表征非线性内力,采用参数识别方法获取多项式系数,并通过增加额外的线性模态来改善模型预测精度。基于此方法,分别针对壁板颤振、切尖三角翼的CFD/CSD-ROM非线性颤振问题开展了时域响应分析。计算结果表明,通过CSD-ROM计算出的壁板颤振速度为590 m/s,颤振频率为174 Hz,与有限元结果误差分别为0.8%和1.7%。马赫数0.879时切尖三角翼的颤振动压预测结果为2.25 psi,与非线性有限元相比的误差为3.8%。本文采用的非线性和线性模态基底组合方法,在保证计算精度的基础上可有效降低训练样本数量,一定程度上可替代非线性有限元开展气动弹性分析。     

高层建筑TMD风振控制优化设计

本文探讨了高层建筑TMD风振控制优化设计方法,研究了高层建筑TMD风振控制最优参数取值问题,给出了高层建筑TMD风振控制设计步骤,最后给出了算例说明及其应用。     

我国大跨度缆索承重桥梁的空气动力性能研究

本文介绍了我国大跨度桥梁空气动力性能方面的研究情况。以同济大学土木工程防灾国家重点实验室所从事的桥梁空气动力性能的理论和试验研究工作中的几个主要方面为重点,介绍最新进展,其中包括非线性颤振的频域分析,颤振分析的全模态技术,基于计算流体动力学的数值风洞等研究课题。     

Parametric studies on relationships between flutter derivatives of slender bridge (Ⅱ)

Based on curve fitting of coefficients of three component forces of the Messina Straits Bridge, and the previously proposed semi-analytical expressions of flutter deriva-tives of flexible structure, the change of flutter derivatives of slender bridge cross-section with respect to its aerodynamic center, rotational speed and angle variation is studied using a parametric method. The calculated results are compared with the measured ones, and expressions of flutter derivatives of the Messina Straits Bridge are derived. The in-trinsic relationships existing in flutter derivatives are validated again. It is shown that the influence of the rotational speed on flutter derivatives is not negligible. Therefore, it provides an additional semi-analytical approach for analyzing flutter derivatives of the bridge with streamlined cross-section to get its aerodynamic information.     

桥梁颤振气动导数在均匀流与紊流作用下的统一辨识理论研究

桥梁断面颤振气动导数的准确识别是桥梁空气动力稳定性研究的基础,一直是桥梁风工程研究领域的前沿课题。基于工况模态分析理论,本文首先导出了紊流条件下桥梁颤振气动导数辨识的完整方法;其次,将上述数据处理方式运用到由均匀流条件引起的自由衰减振动中,得出与紊流情况类似的结果。本文提出的方法能够用同样的辨识原理、同一个数据处理程序统一地对紊流和均匀流下的桥梁气动导数进行辨识;最后,利用数值仿真算例验证上述理论。