气动阻尼对高层建筑横风向风振响应的影响

引入横风力谱模型，分析了某高宽比为6 的方形截面高层建筑在不同地貌和风速条件下的横风向风振响应. 同时考虑正气动阻尼的影 响，获得该建筑在不同自振基频下的风振响应及气动阻尼影响的规律. 分析结果表 明，对于处于低粗糙度地貌并受较高风速作用的低频建筑物，当计算其横风向风振响应时，应适当考虑 正气动阻尼的影响，使计算结果更具真实性.     

矩形截面高层建筑横向风激励时程模拟

提出了一种改进的矩形高层建筑横风向脉动激励模拟方法。从牛顿第二定理出发,将沿建筑高度分布的横风向加速度和楼层质量转化为沿楼层高度分布的横风向惯性力计算公式;考虑横风向力谱竖向相干函数,由此导出了沿建筑高度方向分布的横风向脉动力互谱,进而采取谐波合成法模拟出了沿建筑高度分布的横风向脉动力时程数据。结果表明:横风向振动响应与结构固有频率相关,结构前2阶模态频率所对应的横风向加速度响应功率谱约占80%,且第2阶模态频率占主导;当在结构2/3高度增加粘滞阻尼器时,第2阶模态频率所对应的结构加速度功率谱值降低约为43.1%,减震效果明显。因此,结构横风向加速度分析至少考虑前2阶模态的影响。     

高层建筑横风向湍流脉动风压动力反应计算

根据湍流脉动压力的产生机理,从湍流理论的基本方程出发,根据Taylor关于湍流的"冻结"假定,导出了湍流脉动风压谱密度函数的解析计算公式.在分析过程中考虑了压力方程源项中全部"紊动-剪切"项的影响.若取用合适的湍流积分尺度,则由此公式得出的横风向脉动风压谱密度函数值与足尺观测数据相吻合,因此对以前的研究成果有一定的改进.由于在接近结构第一阶自振频率时,谱函数值仍处于较高的水平,因此根据湍流脉动风压谱密度函数计算得出的结构横风向风振动力反应位移值与加速度值均高于由日本规范等公式中规定的漩涡脱落扰力引起的反应值,而且推测随结构高度的增加这一影响也有增加的趋势.建议对此问题进行更深入的研究并在高层建筑结构设计时考虑这一差别的影响.     

随机风作用下高速列车非定常气动载荷的计算方法

基于Cooper理论和谐波叠加法计算随车移动点的脉动风速,分析不同风向角下脉动风速的功率谱密度特性.在横风下高速列车非定常气动载荷计算方法的基础上,建立了侧风下高速列车非定常气动载荷的计算方法,并用此方法分析了侧向随机风作用下非定常气动载荷的统计特性,给出了各气动载荷的峰值因子.研究表明,当风向角接近90°时,无量纲功率谱会往高频移动,风向角对脉动风速的影响较小;在各个风向角下,气动载荷的标准差与平均值的比值仅依赖于侧偏角,侧力与侧滚力矩的峰值因子相同,摇头力矩与点头力矩的峰值因子相同.     

输电塔-线体系脉动风振耦合分析

为了研究脉动风引起的结构风致响应,以一塔二线输电塔-线体系为对象,模拟了不同风向角下风荷载导致的结构时程响应．以Davenport风速谱为验算目标来模拟脉动风场,在平均风速的基础上施加脉动风动力时程荷载,分析风向角分别为0°、90°和45°时输电塔-线体系的风振时程响应．依据三种工况下结构中的位移及内力分布情况,分析了主要构件的强度及稳定性,并与基于规范得到的结果进行比较．结果表明,当输电塔层数小于6时,按规范方法计算的强度应力均比按单向流固耦合(Fluid-Solid Interaction, FSI)方法计算的强度应力大;当层数大于6时,按规范方法计算的强度应力与按FSI方法计算的强度应力相当;在45°和90°风向角工况下,按规范方法计算的部分层数的强度应力略小于按FSI方法计算的强度应力．考虑到脉动风的随机性大,建议适当增加风振荷载系数,以确保输电塔-线结构体系的强度安全性．     

基于3自由度的新月形覆冰输电线舞动稳定性研究

针对覆冰输电线舞动问题提出了一种基于非对称空气动力系数矩阵的临界风速计算方法．基于拟静态理论得到覆冰输电线的气动载荷，该气动载荷考虑了横向运动以及扭转运动对相对风攻角的影响，最后建立等效的3自由度覆冰输电线舞动模型．在初始风攻角处对气动载荷进行泰勒展开，得到非对称的线性空气动力系数矩阵．结合3自由度振动方程以及非对称空气动力系数矩阵，采用Rourh-Hurwitz准则计算覆冰输电线舞动发生的临界风速．通过风洞实验测得新月型覆冰单导线的空气动力系数，根据本文提出的理论分析了竖向振动频率、面外振动频率以及扭转振动频率对临界风速的影响，最后与DenHartog理论得到的临界风速进行了对比．本文研究成果对于指导覆冰输电线路防舞设计具有理论意义．     

大跨屋盖结构表面风向折减因子研究

为研究风向对屋盖表面风荷载的折减效应,选取风速检验方法对不同城市的实测风速数据进行了均一性修正;采用不同极值风速理论模型,计算各风向上不同重现期的极值风速,并对比分析了我国不同城市极值风速结果;结合实测风速数据和风洞试验结果,分析了不同屋盖几何特征、风速样本数量对风向折减因子的影响,给出了我国部分城市的风向折减因子。研究结果表明:与基于经典极值理论的Gumbel法相比,基于小容量样本理论的POT法所得的极值风速偏小12%左右;与日本规范相比,美国规范计算所得风向折减因子受屋盖的几何特征影响较大;可根据本文提出的最佳建筑朝向判别标准对结构进行优化设计。     

可侵蚀地表上方含尘大气运动的数值模型

在稀相气固两相流的双流体模型框架下，导出含尘大气运动的基本方程，其中的源项考虑相间双向耦合作用；通过对基本方程进行无量纲化，求得控制气相和弥散相动力学行为的相似准则，包括弗洛德数、罗斯贝数、颗粒雷诺数、颗粒惯性参数、颗粒剪切横移参数、颗粒旋转横移参数和沙尘质量载荷率等. 作为一个模型问题，研究可侵蚀地表上方充分发展湍流大气边界层流动对土壤颗粒的气动卷扬作用，其中计及气动阻力、萨弗曼升力和重力等因素的影响. 为了克服由于沙尘跃移运动轨迹交叉导致流动参数多值性所造成的困难，引进拉格朗日坐标下弥散相连续方程. 对两种不同风速和4种不同粒径条件下的沙尘运动进行数值模拟，给出相应情况中沙尘运动特性和密度分布剖面并讨论风速和粒径等参数的影响，还细致分析了含尘大气边界层中沙尘与气流之间的能量传递过程. 所得的方程、准则和方法可以为土壤风蚀和沙尘暴等自然灾害的预报提供理论基础.     

基于胡聿贤谱的带支撑广义Maxwell阻尼隔震结构随机响应分析

工程中通过设置支撑将阻尼器和建筑结构连接, 但常为了简化分析, 将支撑的水平刚度看成无穷大, 即不考虑支撑对耗能结构随机地震响应的影响. 实际上, 考虑有限水平刚度的支撑对耗能结构响应的影响更加符合工程实际, 为考虑支撑影响的广义Maxwell耗能隔震结构在胡聿贤谱地震激励下的响应分析, 提出一种求解随机地震响应的简明解析解法. 将带支撑广义Maxwell阻尼器等效本构关系、隔震结构运动方程以及胡聿贤谱滤波方程联合组成非经典阻尼系统, 运用复模态法对该非经典阻尼系统解耦, 通过不同响应模态获得耗能隔震系统系列响应基于白噪声激励的Duhamel积分表达式; 利用Dirac函数的性质, 将系统系列响应协方差简化为无积分运算的表达式, 根据功率谱密度函数与其协方差函数的Wiener-Khinchin关系, 得到耗能隔震系统系列响应功率谱和地面加速度功率谱, 基于随机振动理论中谱矩的定义, 得到耗能隔震系统系列响应0 ~ 2阶谱矩. 算例通过与虚拟激励法对比分析, 验证所提方法在该耗能隔震系统分析的正确性和高效性, 并讨论了不同支撑刚度对阻尼器减震效果的影响.      

考虑非局部效应的双层纳米板的磁弹性随机振动

研究了四边简支双层纳米板在外加磁场的作用下的磁弹性随机振动问题．基于非局部弹性理论和板壳 磁弹性理论建立了系统的磁弹性随机振动方程．通过模态分析法对其进行位移响应分析，得到了通入平稳随机 电流时双层纳米板位移响应均值、功率谱密度函数等数字特征．在此基础上，分析了非局部参数、磁场强度、 板厚比等对功率谱密度的影响．结果表明，非局部参数、磁场强度、板厚比等因素的变化会影响系统的振动能 量变化及振动响应带宽分布.     

宽带噪声作用下黏弹性板的矩Lyapunov指数

主要研究了在超音速流中受宽带噪声作用的黏弹性板随机振动系统的矩Lyapunov指数.首先, 采用vonKarman板弯理论, 活塞理论以及Galerkin近似法建立了两个自由度耦合的系统运动的随机微分方程. 其次, 应用随机平均法将四维系统降为二维系统. 接着, 对系统采用极坐标变换,通过Girsanov定理和Feynmann-Kac公式得到后向微分算子. 通过对特征函数进行正交Fourier余弦级数展开得到系统矩Lyapunov指数的近似解析式. 并通过MonteCarle仿真得到系统矩Lyapunov指数的数值解验证了近似解析式的可信性. 最后研究了系统参数、气动力参数以及随机噪声谱密度对黏弹性板稳定性的影响.      

用PDF方程法分析悬沙垂线浓度分布

从颗粒运动的PDF(概率密度分布函数)输运方程出发。建立颗粒相的质量、动量和脉动速度二阶矩方程．对于明渠二维恒定均匀流。利用垂向动量方程导出了新的泥沙扩散方程。表明颗粒脉动强度梯度、升力、重力沉降和紊动扩散都影响悬沙运动。说明了传统扩散方程的不足．理论分析了水沙两相物理属性和水流条件对泥沙扩散系数和浓度分布特征的影响。并通过细颗粒试验资料的分析进行了定量研究．     

两自由度参数激励摆旋转运动分析和实验

研究具有支撑参数激励摆系统的支撑结构振动对摆旋转的影响,其中支撑结构是受到扭簧约束的刚性悬臂梁,参数激励摆与刚性悬臂梁的悬臂段铰接．首先,通过拉格朗日方程建立了系统两自由度的动力学方程．其次,利用多尺度法对建立的模型进行理论分析,得到悬臂梁的振动与上摆不同运动形式的关系,从而得到上摆不同运动形式下的参数平面分类和悬臂梁在上摆转动时的振动频响．最后,通过建立实验装置,观察理论预测,实验结果验证了理论分析的正确性．实验与理论对照得到,当参数激励频率接近悬臂梁的一阶固有频率时,悬臂梁的振幅变大,会破坏摆的转动稳定性．     

风力机叶片非线性挥舞分析

将风力机叶片简化为绕轮毂旋转的变截面Euler-Bernoulli悬臂梁,基于Greenberg公式给出非线性气动力,建立叶片挥舞振动非线性控制方程.由于变截面梁的弯曲刚度和线密度是沿梁轴线变化的函数,无法给出模态函数解析式,论文提出使用假设模态法计算的模态函数,作为基函数对控制方程进行Galerkin截断,通过将挥舞振动分解为静态位移和动态扰动合成,对其进行动态响应分析,同时讨论了叶轮转速、风速和旋转位置对振动特性的影响.研究表明:(1)叶轮转速对叶片挥舞特性影响显著,风速和叶片转角对振动特性影响很小.(2)静态位移随风速增加而增大,大体上成线性关系,气动阻尼随风速增加而减小.(3)风速较低时,非线性挥舞振动表现为衰减振动,随着风速增加,振动由衰减振动演化为周期运动,再由周期运动演化为拟周期运动.     

低浓度固液两相流的颗粒相动理学模型

用广义Fokker-Planck扩散模型描述液相湍动对颗粒的挟带作用，用修正的BGK模型描述粒间碰撞效应，建立了封闭的颗粒相PDF输运方程．运用Chapman-Enskog迭代法求得方程的二阶近似解，获得颗粒相脉动速度二阶矩和三阶矩闭合关系．模型与颗粒流模型相容，与液相湍流闭合模型是否相容依赖于扩散模型的具体形式，并据此比较了不同的涡一颗粒作用模型．模型与二维明渠流轻质沙和天然沙试验资料符合很好．表明细小粒径颗粒能够充分跟随水流运动；大粒径颗粒的相间平均速度差和壁面滑移速度明显，近壁区内的颗粒沿流向和垂向脉动强度都可能大于水流，并存在一定程度的颗粒碰撞效应．     

复杂高耸结构风振响应研究

本文提出了基于高频动态测力天平试验的风振响应的频域分析方法,采用该方法可以用来求解复杂高耸结构的三维耦联风振响应,并给出了利用高频动态测力天平试验来确定广义模态力谱的计算方法.该方法利用高频动态测力天平试验得到的基底剪力自谱、基底弯矩自谱以及基底剪力与弯矩的互谱与脉动风荷载的自谱密度的相互关系并通过引入振型修正系数来求得广义模态力谱,求解结构的三维耦联风振响应.然后,采用本文方法对在建的河南省广播电视发射塔的风振响应进行了研究,结果表明横风向的位移和加速度响应的均方根值要大于顺风向,因此在计算中必须考虑横风向风振的影响.最后本文对计算振型数目和模态耦联项对结构风振响应的影响进行了分析.本文的方法对于求解复杂高耸结构的风振响应具有重要的借鉴意义.     

沙岭子电厂冷却塔群风荷载的风洞研究

本文通过风洞实验研究了沙岭子电厂接近直线布置的四个双曲线型冷却塔在主导风向和最大风速风向角下的平均压力和脉动压力分布。研究结果表明:在较大风向角时,主要由于塔群间的邻近作用,使塔面最小平均风压系数绝对值有所增加,对塔面的脉动压力分布影响较小;在较小风向角时,主要由于上游塔的尾流影响,使下游塔塔面的平均压力分布变化较大,特别是脉动压力,与孤立塔相比可增大几倍。同时,塔群影响使得下游塔压力谱中能量分布相对集中,其峰值频率较孤立塔有成倍的提高。     

旋转楔形-回形梁的高次动力学建模和末端变形分析

对四种不同结构中心刚体-柔性Euler Bernoulli梁系统进行刚柔耦合动力学分析．其中以等截面梁、变截面梁、等截面回形梁、变截面回形梁为对象，研究楔形梁及回形梁对系统的末端变形位移影响．变截面梁的宽高尺寸沿着轴向线性变化．梁的变形包含了轴向、横向、耦合变形项（横向弯曲引起的纵向缩短）．采用假设模态法和第二类Lagrange方程建立系统的动力学方程，并用C++编写软件进行动力学仿真．研究表明：在相同条件下，梁的截面尺寸及空心部分对梁末端变形位移影响十分明显，且当梁在较大变形情况下，该高次耦合模型依然能得到正确的结果，因此在针对实际结构建模时，建立符合实际截面的模型至关重要．     

磁场中夹层圆板的非线性磁弹性随机振动

根据板壳磁弹性基本理论、夹层板的弯曲振动理论及连续体的随机振动理论,得到了在磁场环境中周边固支夹层圆板的非线性随机振动方程;利用稳态FPK方程法解出了夹层圆板随机振动位移和速度响应的多个数字特征,并讨论了参数变化对各数字特征的影响.通过数值模拟讨论了磁场参数、激励的功率谱密度参数以及板的几何尺寸的变化对各数字特征的影响.由数值模拟结果可知,改变随机激励的大小、磁场强度及板的几何尺寸能有效地控制结构随机振动位移的概率分布.     

基于数值模拟方法的自然通风器风载体型系数研究

基于Fluent软件平台,采用混合网格划分,选用Realizable k-ε湍流模型,对某自然通风器的风场进行三维数值模拟研究.选择0°、45°、90°、135°和180°等风向,每个风向考虑39m/s风速,此外对0°、180°两风向还考虑了57m/s风速.通过模拟,得到了主通风器导流片的风载体型系数.经计算,0°,180°两个风向的风场对导流片抗风影响较大,基于此对这两个风向的计算结果进行了详细分析.在数值模拟过程中引人多孔介质阶跃模型模拟次通风器导流片,在降低模型复杂程度和减少计算量的同时,保证了数值模拟结果的可靠性.分析表明,基于数值模拟方法得到的风载体型系数在不同风向和风速的情况下呈现一定的变化规律性,为确定自然通风器类结构的风载体型系数提供了合理依据.