桥梁断面气动导数自由耦合振动识别方法研究

摘要

颤振和抖振是大跨度桥梁抗风性能研究中的两个关键问题，而桥梁断面气动导数识别又是大跨度桥梁颤振和抖振性能研究中的一个重要环节，并且具有很大的难度，因此至今还没有得到完善的解决。 本文首先回顾了大跨度桥梁颤振分析的基本方法和气动导数识别方法的研究现状。然后，对基于自由耦合振动节段模型动态测力试验的桥梁断面气动导数识别方法和试验技术进行了研究，获得了以下主要成果： 1、提出了用于气动导数识别的自由耦合振动测力频域法，并编制了相应的识别程序； 2、提出了用于气动导数识别的自由耦合振动测力时域法，并编制了相应的识别程序； 3、通过数值仿真试验、利用所提出的气动导数识别自由耦合振动测力频域法和时域法对理想平板断面的气动导数进行了识别，并与理论解进行了比较，获得了满意的结果，从而初步验证了所提出方法的可行性和适用性。 4、开发了一种利用直接安装在振动节段模型上的四个一维梁式应变天平、并能自动消除弹簧恢复力和阻尼力的自由耦合振动节段模型气动自激力测量新方法； 5、通过节段模型风洞试验、利用所提出的气动导数识别自由耦合振动测力频域法和时域法对宽高比为22.5的准平板断面的气动导数进行了识别，并与相应的强迫振动试验结果和平板断面气动导数的理论解进行了比较，获得了较为满意的结果，从而进一步验证了所提出识别方法的可行性和适用性。 上述自由耦合振动测力法与自由耦合振动系统辨识法、自由耦合振动测压法等几种目前常用的气动导数识别方法一样，都是按试验中的各级风速逐步进行气动导数识别。由于受到有效方程数的限制，一般都不得不假设所有与竖向运动有关联的气动导数仅为竖向折减频率或折减风速(以竖向运动为主模态对应的折减频率或折减风速)的函数，所有与扭转运动有关联的气动导数仅为扭转折减频率或折减风速(以扭转运动为主模态对应的折减频率或折减风速)的函数，从而会明显降低高风速时的气动导数设别结果的精度。为此，同济大学的丁泉顺博士等近期对传统的基于自由耦合振动测振试验的气动导数识别系统辨识法进行了改进。该改进方法抛弃了传统的按试验风速逐步进行气动导数识别的策略，而是采用按事先指定的一系列折减频率或折减风速逐步进行气动导数识别的策略。对应每一个折减频率或折减风速，根据各级风速下试验所识别出的模态参数数据库，通过插值得方法得到相应的两个固有模态对应的模态参数；然后，建立气动导数和模态参数之间的关系，并求得该指定折减频率对应的气动导数。 本文所作的最后一项工作就是以平板断面气动导数为对象，通过数值仿真计算和风洞试验方法对该新方法的可行性和适用性进行验证，并获得了较为积极的结果。

目录

文摘

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第一章概述

1.1桥梁颤振分析理论

1.1.1经典耦合颤振理论

1.1.2分离流颤振理论

1.2气动导数识别方法简述

1.2.1均匀流场自由振动法

1.2.2均匀流场强迫振动法

1.2.3紊流场随机振动法

1.3主要研究内容

第二章气动导数识别自由振动法基本原理

2.1分状态自由振动法

2.2 ITD及MITD法

2.3最小二乘法

2.4自由振动测压法

第三章自由耦合振动测力频域法

3.1基本原理

3.1.1基于自激力和位移测量信号频域识别法

3.1.2基于自激力和加速度测量信号频域识别法

3.2理想平板气动导数数值仿真试验

3.3小结

第四章自由耦合振动测力时域法

4.1基本原理

4.2理想平板气动导数数值仿真试验

4.3小结

第五章节段模型自由耦合振动测力风洞试验

5.1风洞试验技术

5.2自激力的提取

5.3准平板断面自由耦合振动测力风洞试验

5.3.1模型设计及试验概况

5.3.2频域法气动导数识别结果

5.3.3时域法气动导数识别结果

5.4小结

第六章自由耦合振动系统辨识法的改进

6.1改进系统辨识法的基本原理

6.2理想平板断面数值仿真试验验证

6.3准平板断面节段模型试验验证

6.4小结

第七章结论及展望

6.1主要结论

6.2主要创新点

6.3展望

参考文献

致谢

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果