流激振动

摘要： 针对大宽高比弧形钢闸门在水流脉动作用下的动力特性问题,以某节制闸弧形钢闸门为例,建立闸门有限元模型,分析流固耦合、支臂厚度对闸门振动特性的影响。基于随机振动法得到闸门在脉动水流作用下的流激振动位移与应力响应,并利用动力系数法对闸门动力响应做出评价。结果表明:闸门基阶振动受水体影响较小,低阶振动受支臂影响较大;闸门典型工况下的流激振动位移响应最大值为4.029 mm,动应力最大值为61.247 MPa,动力系数均低于1.20,总体动应力水平较低,在动水作用下可安全运行。

摘要： 弹性结构在空化载荷作用下易发生振动,从而威胁结构安全,研究绕弹性水翼的空化流激振动特性显得尤为重要。采用高速摄像、测力装置和激光多普勒同步测量系统,分别获取了不同空化阶段的空泡形态、水动力、结构变形及相应诱导的结构振动特性。研究结果表明,弹性水翼的水动力系数在无空化阶段几乎保持不变,随着空化产生,升力、阻力和扭转力矩系数都随着空化数减小呈现先增大后减小的趋势。水翼在云状空化阶段下振动最为剧烈,大尺度空泡的周期性脱落导致结构振动速度呈现周期性变化。初生空化、片状空化和云状空化阶段的振动速度、概率密度分布均服从高斯分布,其中云状空化阶段的高斯分布曲线均方根最大,这是由于云状空泡团的脱落和溃灭导致的速度波动较大。在云状空化阶段,较大空化数下呈现回射流非定常脱落机制,较小空化数下呈现激波非定常脱落机制。回射流机制下,空穴演化呈现附着空穴发展-回射流发展-云状空穴脱落和溃灭的非定常过程。激波机制下空穴演化具有附着空穴发展-回射流发展-云状空穴脱落和溃灭-残余空穴溃灭的非定常特征。不同脱落机制下结构振动特性存在显著差异,回射流机制呈现小幅、高频的振动特性。由于大尺度空泡团的溃灭激波及其引起的附着空泡的二次溃灭,导致结构振动加剧,激波机制呈现大幅、低频的振动特性。

摘要： 流激振动是衡量水泵水轮机运行稳定性的重要参数。本文基于国内某水泵水轮机发电工况停机暂态过程中的实测顶盖振动信号,分别使用经验模态分解、变分模态分解和希尔伯特变换等方法对其进行时频分析,并获得如下结论。首先,相比经验模态分解,从基于变分模态分解的希尔伯特时频谱图中能够更为直观地观察到顶盖振动信号的时频信息。其次,时频分析结果表明,顶盖振动主要是由于旋转叶轮与静止的活动导叶之间的动静干涉作用而引起的流体异常压力脉动在过流部件中传播所导致的。最后,随着机组停机过程中流量逐渐减小,由流体激发的异常压力脉动逐渐减弱,动静干涉强度逐渐降低,顶盖振动也逐渐减弱。

摘要： 文章主要叙述流激振动对云峰水电站深孔式弧形工作闸门的振动响应影响,通过介绍振动测试方法、流激振动响应特性分析等,进行水电站深孔式弧形工作闸门流激振动危害程度评价,并提出闸门防振建议,以供类似工程借鉴。

摘要： 分析某管路系统多级降压调节阀的流激振动问题,仿真得到调节阀小开度、中等开度、全开3种工况下压力、速度、漩涡速度云图、压力脉动时域与频域特性曲线及流激振动频率范围。利用热流固耦合模态分析得到调节阀固有频率。将流激振动主频与固有频率相对比,验证调节阀工作可靠性。分析得出:随着开度增大,各级降压效果明显,大涡逐渐形成小涡,且形成脱落状态;压力脉动主要由开度引起,出口压力脉动剧烈程度大于中部及入口,调节阀出口下端的近壁面压力脉动最为剧烈;调节阀模态频率没有落在流激振动频率范围内,调节阀不会发生流激共振。为设计安全可靠的管路系统提供保障。

摘要： 以大藤峡水利枢纽工程主坝为背景,简要介绍了泄水闸金属结构布置情况。该泄水闸泄水孔数多,尺寸大,运行频繁,控泄要求高,水力学条件十分复杂。为确保泄洪建筑物运行安全可靠,通过模型试验与三维有限元分析,解决了泄水闸弧形工作闸门流激振动、低孔弧门的支承体结构分析等关键技术问题,优化了设备的结构设计,明确了泄水闸金属结构设备安全行洪的局部开启高度,提高了枢纽正常运行的可靠性。特别是低孔弧门的设计,其孔口尺寸及设计水头等技术指标均处于全国前列,对同类型工程具有借鉴意义。

摘要： 抽水蓄能电站甩负荷过渡过程中机组振动剧烈,有导致转轮疲劳破坏风险。为探究转轮流激振动特性,对水泵水轮机在甩负荷中的典型工况(时刻)进行CFD-FEM数值模拟,分析了压力脉动、转轮动应力和振动模态。结果表明:转速是影响转轮压力脉动和动应力的最重要因素,最大转速工况最危险,转轮内压力脉动最剧烈,叶片动应力值和振幅均大于其他工况;压力脉动导致转轮动应力波动,两者频谱特征一致;转轮最大动应力出现在叶片进口与上冠“T型”连接处,过渡过程中最大值均超过材料许用应力;水力激励力频率与转轮固有频率相差较大,转轮在计算工况发生共振的可能性较小。

摘要： 基于流固耦合方法将计算流体力学与结构瞬态响应计算相结合,对竖直弯管内气液两相流诱导振动现象进行数值仿真和研究。建立竖直平面内4种转弯角度的弯管模型,得到不同转弯角度下气液两相流的液相体积分数云图以及管道结构的振动响应。计算结果表明,随着竖直弯管转弯角度的增大,气液两相流的流型转化加快,两相在弯头区域的冲击挤压作用以及管道振动响应均呈现出先增大后减小的趋势。数值仿真结果可为类似管路系统的设计提供参考。

摘要： 通过三维有限元数值模拟、水动力特性及流激振动试验,研究了立式表孔一体化泵闸结构在不同工作条件下的静动力特性、水动力特性和流激振动特性,采用Hilbert-Huang变换对随机数据进行分析,分析了泵闸装置抽水过程出现较大振动量的机理.在此基础上,对泵闸结构体型进行了抗振优化设计,加强了部件间的联结性和整体刚度.研究结果表明,该优化方案有效控制了结构振动,抗振优化效果显著,为同类工程设计提供了参考依据.

摘要： 混凝土坝在泄洪时泄流结构不断经受高速水流的拍击振动,所造成的老坝裂缝拓展和坝体累积损伤关乎整个水利工程的运行安危,依托对坝体泄流结构进行安全监测与诊断是保障混凝土坝稳定运行与健康服役的重要技术手段.文中在概括混凝土坝静动态监测与测试技术、流激振动响应分析方法与服役性态信息融合诊断等方面所开展科研工作的基础上,论述了混凝土坝流激响应特性和体征判诊方法的现有研究成果,并结合混凝土坝运行体征状态探讨了当前研究的不足与亟待发展和完善的研究领域,以期进一步完善混凝土坝泄流激振监控理论体系,为混凝土坝长效服役和运行管理提供理论依据与决策支持.

摘要： 双圆柱结构广泛应用于各类工程结构中,根据两圆柱的相对位置及与流体流动方向的关系又可以具体地将其划分为串列、交错、并列3种排列方式.流激振动是实际环境中双圆柱结构常见的一种流-固耦合现象,是造成其结构疲劳损伤的重要因素之一.脉动阻力会引起结构顺流向的振动,因而脉动阻力系数是反映双圆柱结构流激振动特性的重要参数之一,对其进行研究有助于深入了解结构的流-固耦合特性,并为相关结构设计提供一定的参考和借鉴.本研究设计了串列及交错排列方式的双柔性圆柱的拖曳水池模型实验来研究其流激振动特性,并利用反解方法来计算结构的脉动阻力系数.通过对不同排列方式的双圆柱结构的脉动阻力系数的对比研究,探寻其中的变化规律并发现一些独特的现象.

摘要： 工作弧门在高水头运行条件下的流激振动问题及运行安全一直是设计、科研及运行单位关注的焦点,对大尺寸三支臂型式的工作弧门研究较少.以白鹤滩水电站泄洪洞工作弧门为研究对象,按水弹性相似准则研制了比尺为1∶28工作弧门的水弹性相似模型.通过模型试验及数值计算分析研究工作弧门的模态特性和流激振动响应特性.研究结果表明:研制的工作弧门水弹性模型具有良好的动力相似特性,试验模态参数与数值计算结果吻合较好,利用该工作弧门水弹性相似模型能够更直接的测量分析弧门的流激振动响应特性,为三支臂弧门的设计和运行提供技术支持.该研究成果可为类似工程工作弧门的结构优化设计及运行提供参考.

摘要： 抽水蓄能电站拦污栅在抽水和发电两种工况下要承受频繁变化的双向水流作用,由于栅前来流扩散不充分、栅前平均流速较高、栅条与来流冲角较大以及栅前流速分布不均匀等原因,会在栅叶上形成旋涡的释放,从而诱生横向的推力和顺流向的曳引力,进而引起拦污栅构件的疲劳破坏或强烈振动破坏.本文对圆柱形和矩形栅条的流激振动机制进行了总结与分析.当圆柱形栅条的自振频率与旋涡脱落频率并不相近时,圆柱的振动是尾涡激振力引起的强迫振动,激振频率就是旋涡脱落频率;但当圆柱的自振频率和旋涡脱落频率相近时,圆柱振动对尾流有很强的整理作用,沿圆柱体轴线旋涡脱落的相关性显著增强,即旋涡沿柱体的全跨度在同一时间、以相同频率均匀地脱落,旋涡激振力增大,脱落频率和振动频率同步.此外,本文分析了矩形栅条的三种旋涡释放机制(前缘释放涡(Leading-Edge Vortex Shedding,LEVS)、冲击前缘涡(Impinging Leading-Edge Vortices.ILEV)与尾缘释放涡(Trailing-Edge Vortex Shedding,TEVS)),研究了三种类型的棱柱形栅条(矩形截面,前缘为半圆形的矩形截面,以及前、后缘均为半圆形的矩形截面)的旋涡释放频率,(斯特罗哈数Sh)与参数e/d(e、d分别是栅条截面沿顺流向与横流向的长度)和攻角α的函数关系.

摘要： 串列双柱体流激振动特性与典型单柱体涡激振动特性不同,其机理更加复杂.现有研究中,关于双柱体流激振动的抑制方法研究不足.本文以两个串列的两自由度柱体为研究对象,基于计算流体力学、结构动力学和嵌套网格技术,引入非线性能量阱被动控制装置,研究非线性能量阱作用下的串列双主体流激振动特性,分析其抑制机理.所建立的流固耦合动力学模型与文献实验数据对比验证了模型的准确性.通过一系列的仿真,得到了非线性能量阱作用下的柱体流场特征、柱体运动规律.计算结果表明,非线性能量阱作用下的柱体结构涡激振动涡脱模式由2P模式转变为2S模式,非线性能量阱通过共振俘获的方式将柱体的振动能量转移到非线性能量阱的振子上,并通过阻尼耗散掉,其本质机理是使得柱体的振动频率错开圆柱体“频率”锁定区间.同时计算结果表明,采用非线性能量阱可以大幅度抑制柱体结构的流激振动现象.

摘要： 工作弧门在高水头运行条件下的流激振动问题一直是设计、科研及运行单位关注的焦点.本文针对向家坝水电站3号中孔弧门在371.54水位(水头75.015m)和379.40水位(水头82.875m),观测分析了工作弧门在局部开启运行工况及部分开度连续开启过程中,门体不同部位振动动应力、加速度及动振位移响应结果,对工作弧门的运行安全作出评价.

摘要： 随着我国水利水电工程建设技术的发展,越来越多的高水头弧形闸门投入使用,对弧形闸门的原型观测试验技术手段提出了更高的要求.在现阶段国内外尚无水工金属结构原型观测专项技术标准状况下,本文针对弧形闸门流激振动原型观测试验要求,提出了弧形闸门原型观测试验整体技术方案.并以糯扎渡水电站左岸泄洪洞1号弧形工作闸门原型观测试验为例,通过采用先进的测量仪器和数据分析技术,对弧形闸门的动力特性和动力响应进行了综合评价和研究.本文不但具有重要的工程参考价值,而且为水工金属结构设备原型观测试验专项技术标准的制定提供了实践经验.

摘要： 高水头下平面闸门在启闭过程中受水流脉动压力作用可能引起强烈振动而容易发生破坏。本文以某水电站导流底孔中工作闸门为例,采用势流体流固耦合理论,利用ADINA有限元软件建立水体—闸门流固耦合模型。通过输入水力学模型试验实测脉动压力时程曲线,计算分析了闸门局部开启时的流激振动特性,研究了闸门振动位移、应力、速度、加速度等分布规律。讨论了闸门相关振动控制标准,据此进行了闸门的振动安全评价。研究成果可以为高水头平面闸门振动设计分析提供参考。

摘要： 柔性圆柱结构的流激振动是一种常见的流-固耦合现象,是引起结构疲劳损伤的重要因素.在来流作用下,柔性圆柱结构会受到横流向升力的作用.升力会引起结构在横流向的运动,是影响结构流激振动和疲劳损伤的重要参数之一.实际工程应用中,圆柱结构通常以多柱排布的形式出现,其中并列排布是一种重要的排布方式,圆柱间的尾流相互作用会对结构的水动力特性产生明显的影响.已有研究大多关注两根并列圆柱情形,对于两根以上柱群的研究明显不足.本研究设计了单圆柱和并列多圆柱流激振动的拖曳水池模型实验,获取了结构位移响应的实际测量数据.通过反解方法确定结构的升力系数,并进一步分析柔性圆柱的平均升力系数随约化速度的变化规律,以及升力系数在圆柱结构轴向的分布规律.通过对单圆柱,并列二/三/四圆柱的升力系数的对比研究,探寻升力系数在不同数目圆柱并列排布情形下的变化规律.

摘要： 由于各种原因高水头泄水孔弧形闸门可能会出现充压式水封破坏现象,工程设计中一般采取设置通气孔的方式来解决问题.但是,由于水流条件复杂,通气孔有时不能发挥补气作用.对于已投入运行的工程,受施工难度、工期等诸多因素的限制,优化通气孔尺寸及其布置非常困难.因此,需要采取其他措施来解决水封系统的破坏问题.本文针对某实际工程,用物理模型试验的方法研究了原布置条件下弧形工作闸门底水封附近的水力特性.结合工程的实际破坏现象,分析了水封系统破坏主要是由负压和流激振动的共同作用造成.通过多方案试验研究,提出了在门槽斜坡跌坎下游布置消力坎的优化方案,同时提出了将水封压板与座板的弹性连接改为刚性连接的方式.试验结果表明,消力坎消除了各工况下底水封附近的负压和水流优势频率,原通气孔可以正常补气.工程实践证明,本文提出的方法效果较好,为以后类似工程提供了参考.

摘要： 采用有限元法对隔墙的流激振动过程进行数值模拟时,在隔墙根部出现了显著的应力集中现象,并且单元网格愈密应力集中程度愈高,这与实际情况并不相符.因此,有限元应力计算结果还不能在坝工设计中得到直接的应用.为此,本文提出了结合有限元等效应力法和线性拟合处理得到隔墙根部的应力最大值、时均值、均方根,该方法简便实用,可有效地改善了隔墙根部出现的显著的应力集中现象,得到的结果符合实际情况,而且通过应用实例也证明了该方法的合理性.

摘要： 本发明公开了一种倾角均匀来流海洋立管涡激‑参激耦合振动试验装置，包括海洋立管模型、横向试验支持架、轴向力往复装置、拖车、应变采集仪和计算机，海洋立管模型的一端设有第一端部支撑装置，海洋立管模型的另一端设有第二端部支撑装置，第一、二端部支撑装置的顶部分别与横向试验支持架的两端连接，横向试验支持架固定于拖车的底部；海洋立管模型的第二圆柱接头连接有一钢丝绳依次连接拉力张紧器、拉力弹簧和拉力传感器后依次绕入轴向力往复装置中的下、上部滑轮后，最终连接至轴向力往复装置中的滑块上；通过调节拉力张紧器使拉力达到平均拉力值，通过变频器调节电机供电电压的频率，使电机达到工况所需的转速，满足轴向力变化的频率要求。

摘要： 本发明公开了一种垂直均匀来流海洋立管涡激‑参激耦合振动试验装置，包括海洋立管模型、设置在拖车底部的横向试验支持架、轴向力往复装置、应变采集仪和计算机，海洋立管模型的一端设有第一端部支撑装置，海洋立管模型的另一端设有第二端部支撑装置，轴向力往复装置包括设置在支座上的电机、连接杆、滑轨、滑块、偏心孔盲板、上下部滑轮，电机转动通过连接杆使滑块在滑轨上往复运动，往复运动的振幅是连接杆与偏心孔盲板上连接螺丝的偏心距，通过改变偏心距实现轴向力幅值的变化。本发明能够模拟垂直均匀的来流，对简谐变化轴向力海洋立管开展试验研究，探究其涡激振动特性及有效抑制措施，为工程实际提供参考和借鉴。

摘要： 本发明公开了一种垂直阶梯来流海洋立管涡激‑参激耦合振动试验装置，包括海洋立管模型、固定于拖车底部的横向试验支持架、轴向力往复装置、应变采集仪和计算机，海洋立管模型与轴向力往复装置之间连接有钢丝绳。轴向力往复装置包括支座、电机、连接杆、滑轨、滑块、偏心孔盲板、上下滑轮，电机连接有变频器，电机转动通过连接杆使滑块在滑轨上往复运动，往复运动的振幅是连接杆与偏心孔盲板上连接螺丝的偏心距，通过改变偏心距实现轴向力幅值的变化，通过钢丝绳带动拉力弹簧作伸缩运动。本发明解决了垂直阶梯来流变轴向力海洋立管涡激振动试验的装备难题，通过设计可实现简谐变化的轴向力、垂直阶梯流场，使得试验条件更加符合实际海洋工程工况。

摘要： 本发明公开了一种倾角阶梯来流海洋立管涡激‑参激耦合振动试验装置，包括海洋立管模型、横向试验支持架、拖车、轴向力往复装置、应变采集仪和计算机；海洋立管模型的一端设有第一端部支撑装置，海洋立管模型的另一端设有第二端部支撑装置；轴向力往复装置设置在拖车上且与海洋立管模型的一端连接，轴向力往复装置中的与电机相连的偏心孔盲板上设有多个不同偏心位置的偏心孔，电机转动，通过连接杆使滑块在滑轨上往复运动，往复运动的振幅是连接杆与偏心孔盲板上连接位置点的偏心距，从而实现轴向力幅值的变化。本发明是试验研究倾角阶梯状来流，变轴向力立管振动试验的必要装备，为工程实际提供必要的试验参考和借鉴。

摘要： 本发明公开了一种倾角阶梯来流海洋立管涡激-参激耦合振动试验装置，包括海洋立管模型、横向试验支持架、拖车、轴向力往复装置、应变采集仪和计算机；海洋立管模型的一端设有第一端部支撑装置，海洋立管模型的另一端设有第二端部支撑装置；轴向力往复装置设置在拖车上且与海洋立管模型的一端连接，轴向力往复装置中的与电机相连的偏心孔盲板上设有多个不同偏心位置的偏心孔，电机转动，通过连接杆使滑块在滑轨上往复运动，往复运动的振幅是连接杆与偏心孔盲板上连接位置点的偏心距，从而实现轴向力幅值的变化。本发明是试验研究倾角阶梯状来流，变轴向力立管振动试验的必要装备，为工程实际提供必要的试验参考和借鉴。

摘要： 本发明公开了一种垂直阶梯来流海洋立管涡激-参激耦合振动试验装置，包括海洋立管模型、固定于拖车底部的横向试验支持架、轴向力往复装置、应变采集仪和计算机，海洋立管模型与轴向力往复装置之间连接有钢丝绳。轴向力往复装置包括支座、电机、连接杆、滑轨、滑块、偏心孔盲板、上下滑轮，电机连接有变频器，电机转动通过连接杆使滑块在滑轨上往复运动，往复运动的振幅是连接杆与偏心孔盲板上连接螺丝的偏心距，通过改变偏心距实现轴向力幅值的变化，通过钢丝绳带动拉力弹簧作伸缩运动。本发明解决了垂直阶梯来流变轴向力海洋立管涡激振动试验的装备难题，通过设计可实现简谐变化的轴向力、垂直阶梯流场，使得试验条件更加符合实际海洋工程工况。

摘要： 本发明公开了一种垂直均匀来流海洋立管涡激-参激耦合振动试验装置，包括海洋立管模型、设置在拖车底部的横向试验支持架、轴向力往复装置、应变采集仪和计算机，海洋立管模型的一端设有第一端部支撑装置，海洋立管模型的另一端设有第二端部支撑装置，轴向力往复装置包括设置在支座上设置电机、连接杆、滑轨、滑块、偏心孔盲板、上下部滑轮，电机转动通过连接杆使滑块在滑轨上往复运动，往复运动的振幅是连接杆与偏心孔盲板上连接螺丝的偏心距，通过改变偏心距实现轴向力幅值的变化。本发明能够模拟垂直均匀的来流，对简谐变化轴向力海洋立管开展试验研究，探究其涡激振动特性及有效抑制措施，为工程实际提供参考和借鉴。

摘要： 本发明公开了一种倾角均匀来流海洋立管涡激-参激耦合振动试验装置，包括海洋立管模型、横向试验支持架、轴向力往复装置、拖车、应变采集仪和计算机，海洋立管模型的一端设有第一端部支撑装置，海洋立管模型的另一端设有第二端部支撑装置，第一、二端部支撑装置的顶部分别与横向试验支持架的两端连接，横向试验支持架固定于拖车的底部；海洋立管模型的第二圆柱接头连接有一钢丝绳依次连接拉力张紧器、拉力弹簧和拉力传感器后依次绕入轴向力往复装置中的下、上部滑轮后，最终连接至轴向力往复装置中的滑块上；通过调节拉力张紧器使拉力达到平均拉力值，通过变频器调节电机供电电压的频率，使电机达到工况所需的转速，满足轴向力变化的频率要求。

摘要： 本发明公开了一种跨海桥梁施工全过程风浪流耦合作用激振的振动控制装置，该装置包括质量块、阻尼器、弹簧、弹性杆、滚轴、支座、滑道和箱体。质量块受弹性杆、阻尼器、弹簧和滚轴四者共同约束作用，沿垂直于滚轴轴线方向运动；弹性杆一端固定于箱体，另一端与质量块相连，中部受支座固定约束，且支座对弹性杆的约束位置智能可调。该振动控制装置通过调整支座在滑道上的位置改变弹性杆的边界约束条件，进而改变质量块的运动刚度，形成了方便快捷、连续可调的可变刚度振动控制装置，满足跨海桥梁施工全过程结构状态不断变化对风浪流耦合作用下振动控制装置的变刚度需求，有效控制了跨海桥梁不同施工状态下的振动响应。

摘要： 本发明提出了仿真领域内的一种采用非线性能量阱抑制双柱体结构流激振动的流固耦合预测方法，首先建立双柱体结构二维流域和几何模型，并划分流场计算网格；接着利用嵌套网格技术将结构域网格和流场域网格进行插值，形成流场计算网格；建立NES作用下的双柱体结构动力学模型，并与计算流体力学模型结合，进行柱体流固耦合数值计算；最后进行后处理，得到NES作用下双柱体结构流激振动特性和NES对双柱体结构流激振动的抑制效果；本方法基于计算流体力学方法实现双柱体结构流激振动动力学建模，运用嵌套网格技术实现柱体流体计算和结构动力学计算的耦合，建立起的二维双自由度串列双柱体流激振动仿真模型具有一定的准确性。