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Effects of horizontal splitter plates on the vortex-induced vibration and aerostatic characteristics of twin separated parallel decks for a rail-cum-road bridge
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作者 HE Xu-hui YANG Jia-feng +2 位作者 LIU Lu-lu ZOU Yun-feng HE Jing 《Journal of Central South University》 2025年第3期1024-1043,共20页
Installing the splitter plates is a passive aerodynamic solution for eliminating vortex-induced vibration (VIV). However, the influences of splitter plates on the VIV and aerostatic performances are more complicated d... Installing the splitter plates is a passive aerodynamic solution for eliminating vortex-induced vibration (VIV). However, the influences of splitter plates on the VIV and aerostatic performances are more complicated due to aerodynamic interference between highway and railway decks. To study the effects of splitter plates, wind tunnel experiments for measuring VIV and aerostatic forces of twin decks under two opposite flow directions were conducted, while the surrounding flow and wind pressure of static twin decks with and without splitter plates are numerically simulated. The results showed that the incoming flow direction affects the VIV response and aerostatic coefficients. The highway deck has poor vertical and torsional VIV, and the VIV region and amplitude are different under different directions. While the railway deck only has vertical VIV when located upstream. The splitter plates can impede the process of vortex generation, shedding and impinging at the gap between twin deck, and significantly reducing the surface fluctuating pressure coefficient, thus effectively suppressing the VIV of twin decks. While, the splitter plates hurt the upstream deck regarding static wind stability and have little effect on the downstream deck. The splitter plates of appropriate width are recommended to improve VIV performances in twin parallel bridges. 展开更多
关键词 splitter plates vortex-induced vibration(viv) aerostatic characteristic wind tunnel test twin parallel decks the rail-cum-road bridges computational fluid dynamics
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Lift Enhancement and Oscillatory Suppression of Vortex-induced Vibration in Shear Flow by Loentz Force 被引量:1
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作者 张辉 范宝春 李鸿志 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS 2012年第3期139-145,共7页
The flow of the weak electrolyte solution can be controlled by Lorentz force achieved with the suitable magnetic and electric fields, and it has the advantages of vortex street suppression, drag reduction, lift enhanc... The flow of the weak electrolyte solution can be controlled by Lorentz force achieved with the suitable magnetic and electric fields, and it has the advantages of vortex street suppression, drag reduction, lift enhancement and oscillatory suppression for the flow over a bluff body. The electro-magnetic control of vortex-induced vibration (VIV) of a circular cylinder in the shear flow was investigated numerically in the exponential-polar coordinates attached on the moving cylinder for Re=150. With the effect of background vorticity, the vortex street of VIV cylinder was composed of two parallel rows with an opposite sign of the vortices which inclines toward the lower side and the strength of upper vortex is larger than that of lower vortex. The lift force vibrated periodically with the effect of vortex shedding and the mean value was negative due to the background vorticity. The Lorentz force for controlling the VIV cylinder was classified into the field Lorentz force and the wall Lorentz force. The field Lorentz force suppresses the lift oscillation, and in turn, suppresses the VIV, whereas the wall Lorentz force increases the lift. 展开更多
关键词 hydromechanics vortex-induced vibration shear flow flow control electro-magnetic control
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Aerodynamic interference effects between a triple-box girder and trains on aerodynamic forces and vortex-induced vibration
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作者 YANG Ling-bo HUA Xu-gang +2 位作者 WANG Chao-qun HE Dong-sheng CHEN Zheng-qing 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第8期2532-2541,共10页
Wind tunnel tests were carried out to investigate the aerodynamic interference between a triple-box girder and trains,involving static aerodynamic forces and vortex-induced vibrations(VIVs).Static and dynamic sectiona... Wind tunnel tests were carried out to investigate the aerodynamic interference between a triple-box girder and trains,involving static aerodynamic forces and vortex-induced vibrations(VIVs).Static and dynamic sectional models of the girder and trains were employed for aerodynamic force measurement and VIV test,respectively.Results indicate that the aerodynamic interference effect on static aerodynamic forces of both the girder and trains is remarkable.When a single train exists,the horizontal position of the train has a small effect on aerodynamic coefficients of the girder.When two trains meet on the girder,the drag coefficient of the girder is significantly reduced compared with that of without train or with a single train;besides,during the whole meeting process,aerodynamic forces of the leeward train first drop and then increase suddenly.The fluctuation of aerodynamic force could cause redundant vibration of the train,which is unfavorable for safety and comfort.A train on the girder could worsen the girder VIV performance:a new vertical VIV appears in the triple-box girder when a train is on the girder,and the torsional VIV amplitude increases significantly when the train is on the windward side. 展开更多
关键词 triple-box girder wind tunnel test train-girder system aerodynamic interference vortex-induced vibration
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Experimental Research on the Mechanism of Lift Amplification and Vibration Suppression of Lorentz Force 被引量:2
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作者 ZHANG Hui FAN Baochun +2 位作者 CHEN Zhihua LI Hongzhi LI Baoming 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS 2013年第2期110-116,共7页
The Lorentz force generated by electromagnetic field on the surface of the cylinder in the electrolyte solution may modify the structure of the flow boundary layer effectively. The transient control process of Lorentz... The Lorentz force generated by electromagnetic field on the surface of the cylinder in the electrolyte solution may modify the structure of the flow boundary layer effectively. The transient control process of Lorentz force is investigated experimentally for lift amplification and vibration suppression. The experiments are conducted in a rotating annular tank filled with a low-conducting electrolyte. A cylinder with an electro-magnetic actuator is placed into the electrolyte. The lift force of cylinder is measured using the strain gages attached to a fixed beam, and the flow fields are visualized by the dye markers. The results show that the upper vortex on the cylinder is suppressed, and the wake becomes a line and leans to the lower side under the action of upside Lorentz force while the lower vortex on the cylinder is suppressed and limited in a small region. Therefore, the value of lift increases with the variation of flow field. However, the vortexes on the cylinder are suppressed fully under the action of symmetrical Lorentz force which leads to the suppression of lift oscillation and then the vibration of cylinder are suppressed fully. 展开更多
关键词 hydromechanics flow control Lorentz force vortex-induced vibration cylinder wake
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风屏障对钢箱桁主梁涡激振动性能及高速列车气动力影响研究
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作者 孙延国 韩金 +1 位作者 马存明 李沁峰 《振动与冲击》 北大核心 2025年第17期254-261,共8页
钢箱桁组合梁是近年来出现的新型主梁形式,有整体刚度高,跨中挠度小等优点,逐步应用于大跨度高铁桥梁。但由于桁架杆件和箱梁之间的气动干扰,使其气动性能难以评估。同时为了使列车获得较好行驶稳定性,通常需要安装风屏障,这使得车桥系... 钢箱桁组合梁是近年来出现的新型主梁形式,有整体刚度高,跨中挠度小等优点,逐步应用于大跨度高铁桥梁。但由于桁架杆件和箱梁之间的气动干扰,使其气动性能难以评估。同时为了使列车获得较好行驶稳定性,通常需要安装风屏障,这使得车桥系统间的干扰变得更加复杂。为了明确钢箱桁的气动性能并研究风屏障对钢箱桁铁路桥(vortex induced vibration,VIV)涡激振动及列车风载荷的综合影响,以某大跨度钢箱桁斜拉桥为工程背景,通过1∶47节段模型风洞试验,分别研究了风屏障对车桥系统中列车的气动力系数及主梁的VIV性能的影响。结果表明:钢箱桁主梁具有较好的VIV性能,无风屏障时主梁未发生VIV现象,安装风屏障会对钢箱桁的VIV性能产生不利影响;风屏障会对列车的气动力特性产生明显影响,在透风率固定时随着风屏障高度的增加列车的倾覆力矩系数逐渐减小,增加透风率会使倾覆力矩增加;在主梁斜腹板或底板上设置竖向稳定板能够降低因安装风屏障引起的VIV响应,随着风屏障透风率增大主梁VIV振幅会进一步减小。 展开更多
关键词 风屏障 涡激振动(viv) 钢箱桁桥 列车气动系数 抑振措施
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锚索式悬浮隧道考虑跨内支撑刚度与边界刚度的涡振特性分析
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作者 易壮鹏 尹新华 +2 位作者 李宇杰 曾有艺 潘权 《振动与冲击》 北大核心 2025年第15期28-40,共13页
悬浮隧道是一种超长水下交通结构,洋流作用下考虑跨内支撑刚度与边界刚度影响的涡激振动特性研究及涡激振动幅值预测至关重要。将管节与锚索、两端边界的连接等效为刚度贴近工程实际的竖向、转动向弹性约束,建立了同时考虑这两类刚度影... 悬浮隧道是一种超长水下交通结构,洋流作用下考虑跨内支撑刚度与边界刚度影响的涡激振动特性研究及涡激振动幅值预测至关重要。将管节与锚索、两端边界的连接等效为刚度贴近工程实际的竖向、转动向弹性约束,建立了同时考虑这两类刚度影响的锚索式悬浮隧道涡激振动动力模型,采用尾流振子考虑流固耦合作用。参阅已有文献拟定悬浮隧道设计参数和约束刚度参数,讨论了各种跨内与边界刚度组合对涡激振动特性的影响。结果表明:不同管节数目时,结构具有类似的涡振规律;刚度的增大可以抑制高阶频率模态的激发;锁定区间内,振动频率在某些流速范围内可达到固有频率的1.20倍左右;涡激响应中观测到了响应幅值“断崖”式突变、模态之间能量转换、“拍”、准周期运动等非线性现象。 展开更多
关键词 锚索式悬浮隧道 涡激振动 跨内支撑刚度 边界刚度 尾流振子
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均匀流作用下并联悬垂双取水管涡激振动载荷特性试验研究
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作者 赵光义 张萌萌 +3 位作者 付世晓 许玉旺 任浩杰 白英利 《上海交通大学学报》 北大核心 2025年第8期1067-1080,共14页
悬垂取水管作为温差能发电平台等生产设施的核心部件,日益受到关注.悬垂连接双管结构较之单管有着更高的输送效率与更低的制造工艺要求,但是其涡激振动特性尚不明确.为此,开展了一系列悬垂连接双管模型试验,提出了一种针对大位移、小变... 悬垂取水管作为温差能发电平台等生产设施的核心部件,日益受到关注.悬垂连接双管结构较之单管有着更高的输送效率与更低的制造工艺要求,但是其涡激振动特性尚不明确.为此,开展了一系列悬垂连接双管模型试验,提出了一种针对大位移、小变形问题的涡激载荷识别方法,并对比分析了双管与单管的涡激振动特性.研究结果表明:在相同流速和流向条件下,悬垂双管和悬垂单管的涡激振动位移幅值在低流速时相似,但在高流速下存在差异;悬垂双管更易表现出涡激振动不稳定性,包括行波和多频响应等;双管结构可以采用与单管相同的斯特劳哈尔数进行涡激振动预报;此外,悬垂双管与悬垂单管在横向流动方向上的附加质量系数存在显著差异,其主要起到调节固有湿频率的作用,以使得双管发生涡激振动共振. 展开更多
关键词 悬垂管 涡激振动 涡激力 模型试验
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线性剪切流下钢悬链式立管涡激振动响应研究
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作者 马博文 常杏 +1 位作者 陈伟民 唐文勇 《振动与冲击》 北大核心 2025年第3期81-90,共10页
基于空间分布的尾流振子模型对细长柔性悬链线立管三维涡激振动响应特性进行数值仿真研究。数值模型考虑了立管局部倾角和流固场相对速度对水动力载荷的影响,将尾流振子与立管运动控制方程耦合,构建了悬链线立管非平面来流下的时域动力... 基于空间分布的尾流振子模型对细长柔性悬链线立管三维涡激振动响应特性进行数值仿真研究。数值模型考虑了立管局部倾角和流固场相对速度对水动力载荷的影响,将尾流振子与立管运动控制方程耦合,构建了悬链线立管非平面来流下的时域动力学模型,采用二阶精度有限差分法和四阶龙格库塔法求解耦合振动方程。通过将模拟结果与试验结果对比,模型的可靠性得到了一定程度上的验证;随后针对实尺度立管,比较了不同剪切度来流对立管涡激振动幅值、响应传播波形、结构振动频率、锁定区间及流固场能量传递系数的影响。数值结果表明,相比于均匀流,线性剪切流下的立管呈现更复杂的振动响应特性,随着来流剪切度升高,振动幅值逐渐减小,锁定区沿管轴方向呈现区域化特性并伴随显著的多频振动响应。 展开更多
关键词 悬链线立管 涡激振动 尾流振子 剪切流
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附属设施对三箱梁涡激振动特性的影响研究
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作者 杨涵 郑史雄 马存明 《振动与冲击》 北大核心 2025年第5期176-183,共8页
为研究附属设施对三箱梁涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)的影响,以某公铁两用分离式三箱梁桥为背景,在XNJD-1回流串联风洞中进行了风洞试验。试验设置了多组工况,分别用于研究检修车轨道、单个梁上附属设施以及附属设施组合对... 为研究附属设施对三箱梁涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)的影响,以某公铁两用分离式三箱梁桥为背景,在XNJD-1回流串联风洞中进行了风洞试验。试验设置了多组工况,分别用于研究检修车轨道、单个梁上附属设施以及附属设施组合对三箱梁VIV的影响。对试验结果进行分析后发现,检修车轨道对三箱梁VIV特性的影响有限,公路风屏障会同时恶化竖向和扭转VIV,而铁路风屏障能够抑制VIV的发生,防撞护栏能够抑制竖向VIV但会激起扭转VIV。与防撞护栏相比,铁路风屏障在竖向VIV的抑制方面表现更为出色,而公路风屏障对竖向VIV的恶化作用要大于铁路风屏障和防撞护栏的抑制作用。公路风屏障是扭转VIV的主要激励源,带有公路风屏障的工况都产生严重的扭转VIV。通过计算流体动力学数值模拟,对三箱梁的流场特征进行了分析,结果发现附属设施促进了主梁间隙中漩涡的生成与发展,从而加剧了三箱梁的涡激振动。 展开更多
关键词 三箱梁 风洞试验 附属设施 涡激振动(viv) 计算流体力学
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栏杆对钝体箱梁人行桥涡振性能影响的试验研究
10
作者 王维红 李乐岩 +3 位作者 李嘉煜 陈明 李宇 李加武 《振动与冲击》 北大核心 2025年第11期254-267,共14页
随着我国城市化进程的推进,人行桥建设规模显著增加。栏杆作为人行桥设计的必要设施,在气动外形设计中起重要作用。并且由于人行桥主梁尺寸较小,栏杆显著影响其气动外形和涡振性能。为研究栏杆对人行桥涡振性能的影响,采用测振试验研究... 随着我国城市化进程的推进,人行桥建设规模显著增加。栏杆作为人行桥设计的必要设施,在气动外形设计中起重要作用。并且由于人行桥主梁尺寸较小,栏杆显著影响其气动外形和涡振性能。为研究栏杆对人行桥涡振性能的影响,采用测振试验研究了无栏杆原始断面的涡振性能,以及直线栏杆透风率β、透风宽度T与曲线栏杆波长W、振幅Z和安装位置对主梁涡振性能的影响。通过分析各个工况下主梁涡振响应的规律,探讨了直线栏杆和曲线栏杆设计参数的改变影响主梁涡振性能的机理。结果表明:透风率β越小,主梁涡振振幅越小。选择合理的栏杆透风率可显著改善主梁涡振性能。在相同透风率下,直线栏杆透风宽度T对涡振振幅的影响可忽略不计。增大曲线栏杆的波长W和振幅Z可减小甚至完全抑制涡振现象。主梁涡振性能对曲线栏杆透风率和安装位置较敏感,降低透风率或将栏杆安装位置向梁外侧移动,可起到抑振效果。 展开更多
关键词 人行桥 涡激振动 钝体箱梁 曲线型栏杆 风洞试验
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不同振动状态下矩形柱体展向相关性和相干结构数值模拟
11
作者 邹鹏程 曹曙阳 操金鑫 《同济大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期669-676,共8页
涡激振动具有明显的三维流动特征,主要表现在展向方向上非定常气动力和流动特性不完全同步,且因振动状态而异。以典型桥梁基础断面(5:1矩形)为对象,借助动网格技术开展了不同振动状态下的大涡模拟数值试验,对比研究了涡振发生过程中各... 涡激振动具有明显的三维流动特征,主要表现在展向方向上非定常气动力和流动特性不完全同步,且因振动状态而异。以典型桥梁基础断面(5:1矩形)为对象,借助动网格技术开展了不同振动状态下的大涡模拟数值试验,对比研究了涡振发生过程中各关键阶段的气动力和风速展向相关性和相干结构的变化。研究发现:在振动状态变化的过程中气动力和速度的相关性均先增大后减小,但相关系数的最大值并未出现在振幅最大状态;尾流速度的展向相关系数明显小于气动力展向相关系数,在三个速度分量中展向速度的相关系数最小;振动矩形柱体周围流场展向相干结构的尺度比静止状态明显增大。 展开更多
关键词 计算流体力学 大涡模拟 涡激振动 展向相关性 展向相干结构
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典型箱梁竖向涡激气动力行波效应与抑振机理
12
作者 胡传新 戴钢 +2 位作者 赵林 王相龙 葛耀君 《振动工程学报》 北大核心 2025年第8期1809-1818,共10页
为研究增设检修轨道导流板、人行道栏杆抑流板等气动措施抑振机理,开展了大尺度节段模型测振测压风洞试验。基于表面压力时空分布特征及其统计特性提出了气动行波假设,结合谱本征正交分解(spectral proper orthogonal decomposition,SP... 为研究增设检修轨道导流板、人行道栏杆抑流板等气动措施抑振机理,开展了大尺度节段模型测振测压风洞试验。基于表面压力时空分布特征及其统计特性提出了气动行波假设,结合谱本征正交分解(spectral proper orthogonal decomposition,SPOD)方法进行验证,并提出气动力时空功率谱,进一步量化与解构了复杂的时空压力场,揭示了流线型箱梁涡振机理及气动措施抑振机理。研究表明:原始断面在试验风速内存在3阶竖向涡振锁定区间,其中第3阶锁定区振幅最大。增设检修轨道导流板后,断面最大振幅减小53.1%,增设人行道栏杆抑流板后涡振消失。断面表面复杂压力场可表达为多个不同激励源诱发的气动力时空分布模式的线性叠加。原始断面表面压力场由断面振动基频处1阶SPOD模态对应压力时空分布主导,同时上表面模态压力时空分布占主导地位。上表面主导模态压力沿下游呈现行波式演变,贡献值呈波浪式分布,统称为“气动行波”效应。上表面气动行波作用强度远大于下表面。气动行波传播可由分布气动力与涡激力相位差单调递减表征。原始断面上表面气动行波波长与贡献值空间分布波长基本一致,约等于前、后缘防撞栏杆之间距离。增设导流板后,上表面主导气动行波传播模式基本不变,作用强度减小,从而涡振幅值减小。增设抑流板使得上表面能量分布呈宽带分布特征,锁频现象消失,故而不发生涡振。研究提炼了涡振时断面表面复杂压力场中的关键和主导气动力时空演变模式——气动行波,为桥梁主梁断面涡振机理分析和涡激力数理模型的构建提供了思路。 展开更多
关键词 桥梁工程 气动措施 气动行波效应 涡振抑振机理 涡激振动 流线型闭口箱梁
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不同来流角度下带齿圆柱体流致振动数值模拟
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作者 林海花 赵通 +2 位作者 孙承猛 焦波 孙洪源 《海洋工程》 北大核心 2025年第4期123-132,共10页
带齿圆柱体结构是自升式平台桁架式桩腿的一种典型结构形式,研究这种刚性细长结构物的流致振动现象对于减少平台的疲劳损伤具有指导意义。基于计算流体力学方法(CFD),采用重叠网格技术研究了弹性支撑柱体在不同来流角度下的流致振动响应... 带齿圆柱体结构是自升式平台桁架式桩腿的一种典型结构形式,研究这种刚性细长结构物的流致振动现象对于减少平台的疲劳损伤具有指导意义。基于计算流体力学方法(CFD),采用重叠网格技术研究了弹性支撑柱体在不同来流角度下的流致振动响应,得到振动幅值、频率、运动轨迹和涡泄模式。其中,来流角度范围为0°~90°,约化速度Ur范围为3~30。结果表明:0°、15°、75°、90°时,主要振动类型为涡激振动(VIV);30°时,Ur=8~16的振动类型为涡激振动与驰振竞争,其余约化速度下的振动类型为涡激振动;45°和60°时,低约化速度的振动类型为涡激振动,高约化速度的振动类型为驰振,但60°发生驰振所需的约化速度比45°低。结构发生涡激振动时,运动轨迹以“8”形和倾斜的“0”形为主;驰振时呈现出倾斜的“弓”形;在涡激振动和驰振共存时呈现出无序的状态。当结构关于来流不对称时,易发生驰振,驰振周期远大于涡脱落周期。一个驰振周期内会产生多个单涡,结构向上、下运动过程中涡脱落的个数并不相同,力与位移并不同步,涡的脱落决定了势能分量,势能分量的方向和大小决定了结构相对初始平衡位置的偏移方向和大小。 展开更多
关键词 流致振动 带齿圆柱体 涡激振动 驰振
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深海立管VIV预测模型及影响因素研究 被引量:4
14
作者 骆正山 蔡梦倩 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期6-11,共6页
为有效预测多因素作用下深海立管涡激振动(VIV),首先,基于欧拉-伯努利梁弯曲理论和改进范德波尾流振子方程,考虑管内流动流体和立管横向(CF)和顺向(IL)耦合作用,建立海洋立管涡激振动预测模型,用埃尔米特插值函数离散立管微分方程,纽马... 为有效预测多因素作用下深海立管涡激振动(VIV),首先,基于欧拉-伯努利梁弯曲理论和改进范德波尾流振子方程,考虑管内流动流体和立管横向(CF)和顺向(IL)耦合作用,建立海洋立管涡激振动预测模型,用埃尔米特插值函数离散立管微分方程,纽马克-β法在时域内迭代求解立管位移;然后,设计VIV试验,并将试验数据与模型计算结果进行对比验证;最后,研究海流流速、内外流流速和顶张力对深海立管涡激振动特性的影响。结果表明:海流流速越大,立管振动频率越高,振动幅值越大;立管固有频率随内流流速的增大可能降低到锁振频率范围,加速立管的疲劳破坏,顶张力对立管内流影响有明显抑制作用,立管双向耦合作用在涡激振动分析中不容忽视。 展开更多
关键词 深海立管 涡激振动(viv) 管内流动流体 欧拉-伯努利梁 尾流振子
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表面缺陷对圆柱体涡激振动和驰振模态影响机制试验研究
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作者 张伟国 饶志华 +3 位作者 苏峰 姜俊川 刘坤翔 倪问池 《振动与冲击》 北大核心 2025年第10期76-83,共8页
涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)是细长海洋结构(如隔水管和井口)疲劳损伤的一个重要因素,必须在设计中予以考虑。目前,预测此类结构涡激振动的工程方法通常依赖于圆柱体的VIV数据库,但未能考虑因腐蚀等因素导致的表面缺陷。因... 涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)是细长海洋结构(如隔水管和井口)疲劳损伤的一个重要因素,必须在设计中予以考虑。目前,预测此类结构涡激振动的工程方法通常依赖于圆柱体的VIV数据库,但未能考虑因腐蚀等因素导致的表面缺陷。因此,预测结果可能忽略由表面缺陷引起的振动放大效应,导致低估结构振动幅度和疲劳损伤。针对这一问题,通过模型试验,分析了具有不同缺陷深度和来流角度的缺陷圆柱体的流致振动响应特性。结果表明,缺陷圆柱体的模态特性复杂,表现出多种模式,如驰振、涡激振动和共振模式。表面缺陷会激发驰振模态,并显著增加圆柱体的振动幅度,最大可达7.5倍。在攻角为0°时,缺陷圆柱体表现出最高的振动幅度和最大的共振范围,然而,在攻角接近90°时,缺陷圆柱体的振幅急剧降低且低于完整圆柱体。表面缺陷也会抑制涡激振动模态,进而抑制驰振,圆柱在7.5%的缺陷深度下有最大驰振振幅。此外,表面缺陷还会导致共振的流速区间范围增大。 展开更多
关键词 流致振动 驰振 表面缺陷 圆柱体 涡激振动(viv)
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倾斜细长弹性管涡激振动特性研究
16
作者 王一凡 陈正寿 《海洋工程》 北大核心 2025年第5期26-38,共13页
当弹性管倾斜置于流场中,其尾部流场形态与垂直来流相比有明显差异,此时流固耦合作用更为复杂。采用三维数值模拟方法,对均匀流冲击下的倾斜弹性管的涡激振动开展了仿真研究。首先,通过与试验数据的对比验证了数值方法的可靠性。然后,... 当弹性管倾斜置于流场中,其尾部流场形态与垂直来流相比有明显差异,此时流固耦合作用更为复杂。采用三维数值模拟方法,对均匀流冲击下的倾斜弹性管的涡激振动开展了仿真研究。首先,通过与试验数据的对比验证了数值方法的可靠性。然后,基于对均方根振幅包络图的显性模态分析,发现随着弹性管倾角的增加,其顺流向涡激振动的最大响应幅值会逐渐下降,横流向最大响应幅值大幅增加。接着,通过位置-频率-能量(PFE)图解技术,可观察到倾斜弹性管在顺流向和横流向上均表现出典型的多模态特性。当弹性管倾角达到30°时,主振模态、振动位移等均有所改变,独立性准则(IP)失效。最后,对尾流场的分析发现,在小角度倾斜条件下尾流区出现平行交叉泄涡,大角度倾斜条件下尾涡为倾斜泄涡模式。 展开更多
关键词 倾斜弹性管 涡激振动(viv) 流固耦合(FSI) 多模态振动 独立性准则(IP)
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基于非线性多项式涡激力模型的桥梁涡振响应有限元分析方法
17
作者 朱志昂 孟晓亮 《振动与冲击》 北大核心 2025年第19期202-211,共10页
现有大跨度桥梁涡振响应分析大多针对涡振位移预测,而直接求解涡振内力响应的可靠方法较少。基于此,首先基于应用较多的非线性多项式涡激力模型,推导了大跨度桥梁涡激振动时多自由度运动微分方程的离散化格式,建立了非线性多项式涡激力... 现有大跨度桥梁涡振响应分析大多针对涡振位移预测,而直接求解涡振内力响应的可靠方法较少。基于此,首先基于应用较多的非线性多项式涡激力模型,推导了大跨度桥梁涡激振动时多自由度运动微分方程的离散化格式,建立了非线性多项式涡激力模型作用下,大跨度桥梁的非线性气动刚度、非线性气动阻尼矩阵;其次,在此基础上利用Newmark-β方法求解上述多自由度非线性涡激振动运动微分方程,同步获得了大跨度桥梁桥梁非线性涡激振动的位移和内力响应;最后以我国东南沿海某跨海大桥中的连续钢箱梁引桥作为工程背景,通过风洞试验确定了该桥主梁的非线性多项式涡激力模型和模型参数,利用建立的有限元方法获得了该桥的涡振位移响应,通过将位移计算结果与现有涡振振幅换算方法获得的结果进行对比后发现,两者对于涡振位移响应的预测结果相近,误差约在3%左右,验证了该方法的有效性。研究结果表明,建立的基于非线性多项式的大跨度桥梁涡振响应分析的有限元方法,能够有效预测大跨度桥梁非线性涡振位移响应,显著提高涡振内力与应力响应的求解效率,该方法的建立不仅有助于大跨度桥梁抗风理论的完善,且具有显著的工程实用价值。 展开更多
关键词 涡激振动(viv) 有限元方法(FEM) 动力响应 非线性多项式涡激力模型
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安装肋条斜拉索的涡激振动和气动力特性研究 被引量:1
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作者 刘庆宽 韩鹏 +3 位作者 孙一飞 褚泽楷 王滨璇 李凯文 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期95-110,共16页
以安装肋条斜拉索为研究对象,通过风洞试验系统研究肋条的安装方式(通长安装和间断交错安装)、尺寸和数量对斜拉索涡激振动和气动力的影响,并分析涡激振动的抑制机理.结果表明:和标准斜拉索相比,安装肋条斜拉索能有效抑制涡激振动,且间... 以安装肋条斜拉索为研究对象,通过风洞试验系统研究肋条的安装方式(通长安装和间断交错安装)、尺寸和数量对斜拉索涡激振动和气动力的影响,并分析涡激振动的抑制机理.结果表明:和标准斜拉索相比,安装肋条斜拉索能有效抑制涡激振动,且间断交错安装方式的抑振效果优于通长安装方式,肋条数量为8根的控制效果优于6根和12根;增加肋条宽度和厚度都会减小涡激振动振幅;肋条斜拉索的脉动升力系数显著小于标准斜拉索,且功率谱尖峰幅值降低或不存在显著尖峰,表明间断交错肋条可以降低卡门涡脱落强度甚至完全抑制;对于气动力,在试验雷诺数范围内,安装肋条后平均气动力系数无明显雷诺数效应;相比于标准斜拉索,肋条为通长安装时均会增加斜拉索的平均阻力系数,而采用间断交错安装时,不同肋条数量、尺寸和风攻角对斜拉索的增阻减阻情况不同.当采用8根尺寸为20 mm×15mm的肋条间断交错安装时,在所有风攻角下都有良好的抑振效果,最大涡振振幅减小率可达到96.79%,且平均阻力系数均稳定在1.13附近,平均升力系数均稳定在0附近. 展开更多
关键词 斜拉索 肋条 风洞试验 涡激振动 气动力特性
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带挑臂PK箱梁涡振性能及优化措施机理研究 被引量:1
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作者 李春光 贺小龙 +2 位作者 黄笑 颜虎斌 韩艳 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期41-49,共9页
为研究带挑臂PK箱梁的涡振性能及气动优化措施,通过节段模型风洞试验研究了PK箱梁在0°、±3°风攻角下的涡振性能,并测试了人行道高度、封闭挑臂底部、栏杆透风率改变、不同倾角抑流板等气动措施对PK箱梁气动稳定性的影响... 为研究带挑臂PK箱梁的涡振性能及气动优化措施,通过节段模型风洞试验研究了PK箱梁在0°、±3°风攻角下的涡振性能,并测试了人行道高度、封闭挑臂底部、栏杆透风率改变、不同倾角抑流板等气动措施对PK箱梁气动稳定性的影响,研究表明:主梁在0°、+3°风攻角下出现强烈的竖向涡激共振,并出现多个竖向涡振区间,同时在高风速下主梁出现了明显的扭转涡振;抬高人行道高度能降低各攻角下主梁的竖弯涡振响应,同时高风速下的扭转涡振得到极大程度的改善;通过封闭栏杆来改变栏杆透风率的研究发现,竖向间隔封闭人行道外侧护栏能破坏涡激气动力在展向的相关性,将主梁涡振峰值响应降低至规范限值的55.8%;0.25 m宽抑流板能有效改善主梁气动稳定性,抑流板倾角变化在20°~75°之间时,其均能完全抑制主梁涡振响应;气流在迎风侧人行道护栏处发生分离,在上表面卷起形成规律的大尺度旋涡,从而造成主梁剧烈的涡激振动,抑流板明显破坏了挑臂附近旋涡的形成,无法向下游发展形成规律的大尺度旋涡,从而能有效抑制主梁涡振。 展开更多
关键词 PK箱梁 风洞试验 涡振性能 气动措施
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均匀流下水下机械臂涡激振动试验研究
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作者 段德荣 刘鑫 +3 位作者 刘敏 代森良 张辉 杨学锋 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期211-218,共8页
为了揭示均匀流下水下机械臂的涡激振动响应特性,利用运动水下机械臂与静水间的相对运动,搭建了水下机械臂均匀流场涡激振动测试试验台,采集了不同约化速度下水下机械臂不同位置处的振动位移响应.试验结果表明:随着约化速度的增加,振动... 为了揭示均匀流下水下机械臂的涡激振动响应特性,利用运动水下机械臂与静水间的相对运动,搭建了水下机械臂均匀流场涡激振动测试试验台,采集了不同约化速度下水下机械臂不同位置处的振动位移响应.试验结果表明:随着约化速度的增加,振动主频与无量纲振幅均为增长的趋势,横流向无量纲振幅小于0.04D,顺流向出现显著的多频以及更高的幅值,表明水下机械臂在顺流向受到的阻力更加明显.位移标准差随测试高度的增加先增后减,横流向位移标准差空间分布相较于顺流向对称性明显,主导模态控制在1阶.横流向的涡激振动规律性较强,基本符合圆柱绕流时的斯托哈尔规律.顺流向无因次主导频率在0.3~0.8之间,略大于横流向,斯托哈尔数为横流向工况的1~1.7倍,未出现频率锁定现象,但流速及测试高度对水下机械臂的涡激振动存在一定影响.该研究可为构建准确的水动力学模型保证水下机械臂的精准定位与控制提供一定的理论依据. 展开更多
关键词 水下机械臂 均匀流 涡激振动 频率分析
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