【摘要】：工程中存在大量的圓形斷面細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu),其常在強(qiáng)風(fēng)下發(fā)生大幅振動(dòng),這類結(jié)構(gòu)在發(fā)生大幅振動(dòng)時(shí),其雷諾數(shù)常進(jìn)入臨界區(qū),因此,臨界雷諾數(shù)區(qū)是影響細(xì)長(zhǎng)圓柱結(jié)構(gòu)氣動(dòng)不穩(wěn)定性的重要因素之一。在細(xì)長(zhǎng)圓柱的風(fēng)荷載測(cè)試中,由于風(fēng)洞尺寸的限制,常常采用不同長(zhǎng)細(xì)比的試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行測(cè)試,因此,長(zhǎng)細(xì)比是影響該類結(jié)構(gòu)氣動(dòng)力測(cè)試結(jié)果的重要試驗(yàn)參數(shù)之一。本文采用剛性模型測(cè)壓試驗(yàn)以及彈性懸掛同步測(cè)壓、測(cè)振風(fēng)洞試驗(yàn),研究了長(zhǎng)細(xì)比對(duì)圓柱氣動(dòng)力特性的影響以及圓柱在臨界雷諾數(shù)區(qū)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力分布特性,主要包括以下幾個(gè)方面:(1)長(zhǎng)細(xì)比對(duì)光滑圓柱氣動(dòng)力特性的影響。分析了亞臨界、臨界區(qū)及超臨界區(qū)不同長(zhǎng)細(xì)比圓形斷面柱體中心局部氣動(dòng)力及風(fēng)壓分布隨長(zhǎng)細(xì)比的變化規(guī)律。(2)光滑圓柱在臨界雷諾數(shù)區(qū)靜態(tài)氣動(dòng)力分布的三維特性。主要對(duì)不同雷諾數(shù)下圓柱沿展向不同橫斷面處的流動(dòng)狀態(tài)、旋渦脫落過(guò)程以及脈動(dòng)壓力等方面分析了其三維性。(3)光滑圓柱在臨界雷諾數(shù)區(qū)動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力分布特性。著重分析了在臨界區(qū)光滑圓柱發(fā)生大幅振動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力分布特性,并對(duì)臨界區(qū)圓柱發(fā)生大幅振動(dòng)的原因進(jìn)行了分析。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析,得出了以下幾個(gè)主要結(jié)論:(1)在亞臨界與超臨界區(qū),對(duì)于采用4倍直徑端板的有限長(zhǎng)度圓柱模型,跨中氣動(dòng)力特性隨著長(zhǎng)細(xì)比的變化規(guī)律并不連續(xù);在臨界區(qū),在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi),圓柱跨中的氣動(dòng)力試驗(yàn)結(jié)果受長(zhǎng)細(xì)比的影響較小,并呈現(xiàn)出較強(qiáng)的三維特性;(2)光滑圓柱在臨界區(qū)靜態(tài)氣動(dòng)力分布的三維特性主要表現(xiàn)是:圓柱沿展向不同位置處的旋渦脫落過(guò)程、脈動(dòng)風(fēng)壓強(qiáng)度以及流動(dòng)狀態(tài)等方面表現(xiàn)出的差異性;(3)細(xì)長(zhǎng)圓柱體結(jié)構(gòu)在臨界區(qū)發(fā)生風(fēng)致大幅振動(dòng)的原因是光滑圓柱一側(cè)產(chǎn)生分離泡,并引起較大的平均升力,其沿展向不同位置處分離泡范圍內(nèi)的脈動(dòng)風(fēng)壓強(qiáng)弱程度也是重要的影響因素之一。
【圖文】：

路燈柱等。以斜拉索為例，其在橋梁建設(shè)中被設(shè)中，斜拉索長(zhǎng)度變得越來(lái)越大，如蘇通大橋斜這類結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下常常發(fā)生大幅振動(dòng)，例的斜拉索先后三次在風(fēng)荷載的作用下發(fā)生劇烈振；2001 年，洞庭湖大橋的斜拉索在風(fēng)、雨的共同幅超過(guò) 0.4 m[2]；1997 年，楊浦大橋的尾索發(fā)生m[3]；同年，Brottonne 橋（法國(guó)）也觀察到斜拉索6 m[4]；這些振動(dòng)也導(dǎo)致巨大的工程事故，例如 1建成通車后不久，其斜拉索發(fā)生劇烈振動(dòng)，因此濟(jì)損失[5]；2005 年，日本的 Sun bridge 橋長(zhǎng)度為 1 的風(fēng)荷載作用下發(fā)生了劇烈振動(dòng)，其振幅估計(jì)可著聚乙烯材料發(fā)生破壞，并且拉索底部連接的粘主梁的連接處也發(fā)生了不同程度的破壞，見(jiàn)圖 1稱，發(fā)生振動(dòng)時(shí)天氣有霧霾，并未下雨，因此，[6]。

在臨界雷諾數(shù)區(qū)的流動(dòng)特性表現(xiàn)出與亞臨界不同的流動(dòng)特性，并表現(xiàn)出不同的氣動(dòng)力特性，，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者及專家對(duì)此展開(kāi)了一系列研究：Zdravkovich[12]根據(jù)光滑圓柱在臨界區(qū)流動(dòng)特性將臨界區(qū)劃分為三個(gè)區(qū)域：（1）預(yù)臨界區(qū)，即 TrBL0 流域，在這一區(qū)域阻力系數(shù)逐漸下降，并且隨雷諾數(shù)的增大，分離點(diǎn)逐漸向下游移動(dòng)，（2）單分離泡區(qū)域，即 TrBL1 流域，在這一區(qū)域，圓柱一側(cè)發(fā)生邊界層轉(zhuǎn)捩，（3）雙分離泡區(qū)域，即 TrBL2 流域，這一區(qū)域風(fēng)壓分布曲線呈對(duì)稱分布；劉慶寬等[13]指出圓柱在由亞臨界狀態(tài)進(jìn)入臨界雷諾數(shù)狀態(tài)后，圓柱模型周圍流場(chǎng)由周期的對(duì)稱的卡門渦脫落，轉(zhuǎn)變?yōu)閳A柱一側(cè)產(chǎn)生一個(gè)非對(duì)稱的氣泡，并且其由臨界雷諾數(shù)狀態(tài)進(jìn)入超臨界狀態(tài)后，在圓柱兩側(cè)產(chǎn)生了對(duì)稱的氣泡，如圖 1-2（a）及（b）所示。
【學(xué)位授予單位】：石家莊鐵道大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU312.1

【參考文獻(xiàn)】

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2 馬文勇;袁欣欣;張曉斌;尉耀元;劉慶寬;;圓形斷面在35k～330k雷諾數(shù)范圍的氣動(dòng)力特性研究[J];工程力學(xué);2015年S1期

3 馬文勇;張曉斌;李玲芝;劉慶寬;;臨界雷諾數(shù)區(qū)準(zhǔn)橢圓形覆冰導(dǎo)線風(fēng)壓特性研究[J];實(shí)驗(yàn)流體力學(xué);2014年05期

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本文編號(hào)：2610464