摘要：为了抑制柱体结构的涡激振动(Vortex induced vibration,VIV)问题,该文基于Van der Pol尾流振子模型、结构动力学理论和优化算法,建立了非线性能量阱(Nonlinear energy sink,NES)减振装置优化设计仿真模型。采用Van der Pol尾流振子模型,将其与二维弹性支撑柱体结构动力学方程结合,建立二维弹性支撑柱体单自由度涡激振动预报模型,并与文献实验数据对比,验证了模型的准确性;在模型中嵌入NES控制模型,完成NES作用下的单自由度柱体VIV预测模型,并将其与优化算法相结合,通过优化算法改变非线性能量阱的参数,设计出对柱体涡激振动抑制效果满足设计要求的非线性能量阱;通过仿真分析优化后的NES结构参数对柱体涡激振动的抑制效果和机理。案例优化结果表明,在Ur=5.5时,NES作用下的柱体振幅减小了66.39%,减振效果明显。同时,该文采用优化方法获得的NES结构参数符合实际生产要求,确保了实物生产设计的可能性。

摘要：提出了一种可以将流体动能转换为电能的新型锚链装置设计构想。该装置由一个附着于锚链的钝头体和固连于钝头体的压电悬臂梁构成,钝头体在来流的作用下产生横向振动,并在其尾流区激发漩涡,而压电悬臂梁则在其尾流中弯曲。利用力分解模型建立了钝头体的横向振动模型,采用欧拉-伯努利梁的弯曲方程建立了压电悬臂梁的弯曲变形模型,将两部分模型结合起来研究装置的运动情况,得到了悬臂梁的弯曲挠度和装置的发电性能数学模型,证明了装置的可行性。在圆柱直径D为100 mm,流速为0.5 m/s,负载电阻为200 kΩ,梁长为3D时平均输出功率可达到7.3μW。该模型可以为设计和优化锚链装置提供指导。

摘要：Π型钢-混凝土结合梁由于其良好的受力性能和经济性,广泛应用于大跨径斜拉桥中,但其气动性能相对略差,若设计不当则容易出现涡激振动现象,从而影响行车舒适性、安全性或结构疲劳寿命等.本文以广东潮汕大桥为实际工程依托,该桥为主跨205 m的独塔双索面Π型钢-混凝土结合梁斜拉桥,开展了Π型钢-混凝土结合梁断面涡激振动及气动控制措施研究.首先,采用几何缩尺比为1∶50的主梁节段模型对该桥原设计方案主梁断面运营期涡激振动进行了试验研究;然后,分别采用下稳定板、导流板、裙板、上稳定板等气动控制措施对主梁涡激振动响应的控制效果进行了研究;最后,采用计算流体动力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD)对主梁断面最终采用气动控制措施机理进行了研究.结果表明:主梁原设计方案在设计风速范围内存在大幅涡激共振现象,涡激振动幅值超过规范限值;采用“三道下稳定板+两侧竖向裙板+上中央稳定板”组合气动控制措施后,主梁涡激振动响应得到明显抑制;该组合气动控制措施对Π型钢-混凝土结合梁涡激振动的控制机理主要表现为:设置三道下稳定板可有效破坏Π型主梁下侧较大旋涡,Π型主梁两侧设置竖向裙板改善了其气动流线型程度,设置上中央稳定板可有效阻止主梁上侧较大旋涡的运动.

摘要：大跨度悬索桥模态密集,常遇风速下存在多个模态发生涡激共振的可能。鉴于多重调谐质量阻尼器(MTMD)在减振效率和鲁棒性方面的优点,探讨了MTMD理论在大跨度钢箱梁悬索桥高阶竖向涡激振动控制中的应用。首先从Scanlan线性涡激力模型出发,在不考虑气动刚度项和气动阻尼项的条件下得到安装MTMD后的加劲梁位移频响函数。然后以加劲梁位移频响函数峰值极小值为目标函数,运用基于Matlab的遗传算法完成MTMD方案的初步参数优化设计。最后,从结构固有频率波动和结构固有阻尼比变化两方面讨论了MTMD的控制效率和鲁棒性。计算结果表明,在MTMD的初步参数优化设计中忽略气动刚度项和气动阻尼项是可行的,适当扩大MTMD的频率范围和阻尼比可以使其在减振效率和鲁棒性上达到更好的平衡,比传统调谐质量阻尼器(STMD)更适合悬索桥涡激振动控制。

摘要：流致振动现象广泛存在于机械、航空、土木和石油等重要工程领域,为防止工程结构因流致振动行为而造成疲劳破坏,有必要对稳定性、动力学响应及其振动控制做深入研究.本文提出了一种由弹簧和质量块构成的非线性吸能器(nonlinear targeted energy transfer, NTET),研究了该非线性吸能器对弹性支承圆柱体涡激振动的被动控制影响机制.基于能量法推导了圆柱体涡激振动非线性被动控制的耦合动力学方程,通过设计非线性弹簧-质量块构型的NTET,进一步开展了涡激振动控制的实验研究,并与理论预测结果进行了较好的对比,获得提升涡激振动控制效果的最佳参数值.研究发现, NTET的质量、弹簧刚度以及弹簧预应力等参数会对涡激振动控制效果产生显著的影响.本文研究结果表明,该耦合系统中圆柱体和NTET均表现出周期性的稳态振动响应, NTET质量的改变会显著影响系统的耦合频率.在无预应力状态下, NTET质量越大、刚度越小时,有更好的减振效果.当弹簧预应力逐渐增大时, NTET的非线性刚度逐渐变弱,会降低涡激振动控制性能.参数分析表明:随着涡激振动控制性能的提升,圆柱体的振幅逐渐较小, NTET的振幅逐渐增大,能量传递效率逐渐提高.研究结果可为工程中涡激振动控制策略的高效设计提供有用的理论支撑和实验数据.

摘要：为研究适用于大跨度铁路桥梁的涡振振幅限值,基于我国现行铁路规范和养护维修规则中的相关规定,提出了基于车体加速度峰值及其变化率的铁路桥梁竖弯涡振振幅限值和基于车体加速度及最大倾角的扭转涡振振幅限值建议取值。经研究建议:①加速度峰值不超过0.4 m/s^(2);加速度变化率限值对于列车速度低于和高于300 km/h时分别取0.25 m/s^(3)、0.2 m/s^(3),取此两项指标计算的最小幅值作为竖弯振幅限值。②列车速度分别为250,300,350 km/h时,单位长度车体倾角限值分别取0.60‰,0.50‰,0.42‰rad;一线两股钢轨间的变形差限值在列车速度低于和高于250 km/h时分别取5 mm和4 mm;车体最大倾角不超过0.04 rad;取上述各项指标计算的最小幅值作为扭转振幅限值。对五峰山长江大桥的案例分析结果表明,本文建议的幅值限值考虑了大跨度铁路桥梁的行车特点和性能要求,相较《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T 3360-01—2018)的涡振幅值限值更为严格。

摘要：分体双箱梁断面涡激振动性能及优化是大跨桥梁抗风设计面临的关键问题之一。以某大跨度悬索桥为背景,针对分体双箱梁制作节段模型进行风洞试验,分析不同攻角时主梁涡激振动性能,提出在开槽两侧沿主梁纵向对称布置气动格栅的优化方案,研究主梁开槽两侧格栅的透风率对涡激振动性能影响规律。结果表明:当阻尼比为0.25%,攻角为-3°、0°和+3°时,主梁竖向涡激振动的无量纲最大振幅分别为0.032、0.033、0.023;当攻角为0°和-3°时,主梁扭转涡激振动最大振幅分别为0.18°、0.13°。开槽处布置透风率50%的两侧格栅后,主梁竖向涡激振动消失。这是由于气流在上游断面迎风侧前缘及栏杆处发生分离,产生较大尺寸的上部旋涡,随着旋涡不断运动,与下游断面发生碰撞,同时主梁尾流产生交替脱落的旋涡,诱导分体双箱梁断面发生涡激振动。开槽两侧布置两侧格栅后,气流的分离作用被弱化,在开槽位置处旋涡尺寸明显减小,减弱对下游断面的作用,优化主梁的涡激振动性能。研究可为分体双箱梁抗风设计提供参考。

摘要：涡激振动(VIV)是导致海洋立管疲劳破坏的主要诱因,因此,抑制振动是立管设计需关注的重要内容。本文通过运用双向流-固耦合数值计算方法,开展翼型管、纹理管与光滑管的涡激振动响应特性的对比研究,探讨扰流翼板与表面纹理等异形表面结构对涡激振动被动抑制的有效性。计算结果表明:异形表面结构能够有效降低柔性管体的振动响应,缩短锁振区间,并且影响尾流区泄涡发放模式,减小管体流体力系数,起到明显抑制管体涡激振动的作用,且在较高的速度工况下,这种抑制效果更加显著。该研究可为采用被动式振动抑制的翼型管和纹理管等异形结构的海洋立管设计提供一定的理论参考。

摘要：由于体积大、污染环境、需要定期更换,传统电池供能方式已不能适应当前外场工作的需求.涡激振动的微型风能采集装置将风能转换成电能,能够对无线传感节点等微型电子设备直接供电.基于经典Buck-Boost电路,提出了一种适用于涡激振动微型风能采集的能量接口电路.通过理论与仿真分析,所设计的能量接口电路存在最优占空比,及其对应的最大功率点.基于LabVIEW平台设计了控制程序,实验结果表明,所设计的电路与程序能够对占空比进行自动寻优,保持微型风能采集装置以最大功率输出.

摘要：涡激振动是大跨度桥梁在低风速下容易发生的一种风致振动,是大跨度桥梁抗风设计中的重要环节。为了有效抑制桥梁的涡激振动,研究了TMD对桥梁涡激振动的控制。建立了桥梁与TMD组成的振动系统的运动方程,在复频率里对运动方程进行求解,推导了振动系统的频率响应函数,给出了TMD参数优化设计的方法。以一大跨度悬索桥为实例,对该悬索桥进行了1∶20的大节段模型涡激振动风洞试验,获取了桥梁的涡激振动气动参数,分析了TMD对桥梁涡激振动的控制。TMD参数优化结果表明:质量比越大,控制率越高,但工程中应综合经济性等因素考虑合适的质量比;TMD质量比一定时,TMD与桥梁的频率比趋近于1附近,相位差趋近于π/2附近,控制率较高;当桥梁主梁高度对TMD行程有限制时,涡振控制效果将受到影响,利用TMD进行桥梁涡激振动控制需结合TMD的行程来综合考虑参数的优化取值;就本桥而言,当按质量比为1%设计TMD最优参数时,在整个涡振区风速范围内,桥梁的涡激振动都得到了有效的抑制。