水膜形态对斜拉索风雨激振现象产生的影响分析

摘要

在两个主要影响因素——风、雨的作用下引发的幅度较大的强烈振动的现象，称为风雨激振。危害巨大，易造成斜拉索疲劳损伤、抗力衰减、结构破坏，影响安全。由于此现象涉及多相耦合，产生环境复杂，影响参数多变，对其复杂产生机理学界尚未达成统一。学界研究表明：风雨激振状态下，拉索表面会形成水线，水线的出现可能与风雨激振现象的产生有重要的关系。对此，在滑移理论基础上，辅助以CFD（计算流体力学）方法，建立模型模拟风雨激振现象，考察各个进风速率条件下的水膜水线运动规律、气动参数的改变和拉索的振频振幅并对其耦合关系进行分析，对风雨激振产生机制进行探究。包含以下具体内容：
　　应用CFD方法，以纳维斯托克斯公式为切入点，采用滑移理论假设，计算瞬态风压力系数，构建水膜运动规律方程；基于达朗贝尔原理思想，以斜拉索节段为研究对象，考虑斜拉索的振动阻尼，构建斜拉索振动方程；应用RNAS理论，引入Spalart-Allmaras湍流模型，计算瞬态升力系数，通过COMSOL软件，建立数值模型，模拟风雨激振现象，并将其与实验现象对比进行验证。
　　应用上述已建模型，研究不同风速、不同风偏角、不同斜拉索倾角工况下的上水线初始形成时间、位置、高度、宽度，分析了上水线形成和形态受不同进风速率、不同风向偏角、不同斜拉索倾角的不同影响。为探究风雨激振机理及水线风洞实验，推动理论发展以及斜拉索设计提供依据。
　　考虑上述已得到的风速、风偏角、斜拉索倾角对上水线形成和形态的影响，设置计算参数，模拟不同风速下的水膜形态，分析上水线的振荡规律，计算了拉索升力时程并进行了频谱分析，得到各风速下斜拉索的振幅振频。考察各个风速条件下的水膜水线运动规律、气动参数的改变和拉索的振频振幅并对其耦合关系进行分析，对其产生机制进行探究。结果表明,斜拉索与上水线由于振动频率相近引发共振，这是风雨激振现象产生的重要的激励因素。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 风雨激振的研究现状

1.3本文工作内容

第2章 风雨激振理论分析及其计算模型建立

2.1 计算流体力学概述

2.2 水膜运动方程

2.3 斜拉索振动方程

2.4计算流体力学模型建立

2.5本章小结

第3章 风速、斜拉索倾角、风偏角对斜拉索水线形成的影响

3.1 数值求解流程

3.2 基本参数选取

3.3数值计算结果

第4章 不同风速下水线形态、升力、拉索振动耦合分析

4.1 数值计算结果

4.2 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢