索結構氣動載荷分析及風振研究.pdf

1、索結構在許多民用工程上扮演著十分重要的角色，例如輸電線路、拉線塔、斜拉橋、懸索橋以及其他的空間結構。由于他們具有重量輕、高彈性、低阻尼等特點，結構中的索在動載荷作用下極易發(fā)生振動，動力學問題會影響人們的舒適性，甚至是結構的安全性。對于暴露在自然環(huán)境的承載索而言，氣動載荷要遠遠超過結構重量成為控制載荷，尤其是在風雨共同作用時，即使在一般風速條件下，索結構也會產生持續(xù)的大幅振動。索結構風雨振及其控制理論體系尚不完善，有待進一步深入研究。

2、 本文主要研究兩方面問題：單自由度索結構的馳振問題；兩自由度斜拉索的風雨激振問題。 本文首先利用計算流體力學有限元軟件對單自由度索的馳振問題進行研究。首先利用Gambit軟件采用不可壓縮流建立半圓柱形索結構的仿真模型，根據流場特點詳細劃分網格。利用Fluent軟件設置邊界壓強、流體屬性等參數，得了索結構周圍流場壓力分布曲線以及不同攻角的阻力系數和升力系數，利用多項式擬合得到阻力系數和升力系數與風攻角關系的表達式。在數值計算方

3、面，建立了半圓柱形索結構的單自由度的運動微分方程，利用符號運算軟件Mathematica對系統進行數值求解，得到了系統的運動相圖，結果表明系統運動收斂于穩(wěn)定的極限環(huán)；在解析求解方面，利用平均法對系統進行了研究，得到了系統得一階近似解，所得結果與實驗情況和數值解一致。同時利用數值法分析了結構阻尼、風速等因素對索振動響應的影響。 研究了帶有運動上水線的兩自由度斜拉索的風雨激振問題。考慮水線振蕩、來流偏航角等因素對系統的影響，建立了系