本文關(guān)鍵詞：懸索橋吊索剛度、阻尼及渦激振動(dòng)分析方法研究

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【摘要】：吊索是懸索橋的主要承重構(gòu)件之一,是一種典型的柔性結(jié)構(gòu),在低風(fēng)速下極易發(fā)生渦激振動(dòng)。目前,相關(guān)研究主要采用有限元法把吊索的渦激振動(dòng)問(wèn)題簡(jiǎn)化為二維吊索進(jìn)行數(shù)值模擬,相當(dāng)于在吊索的某一位置取一個(gè)截面,同時(shí)將吊索的受力情況簡(jiǎn)化為質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)。由于吊索是在主纜和加勁梁架設(shè)完之后安裝并張拉,受吊索初始張力、直徑、端部約束情況、風(fēng)荷載、長(zhǎng)度、截面位置等因素的影響,不同吊索截面的剛度和阻尼不同。因此,研究質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)的剛度和阻尼對(duì)懸索橋吊索渦激振動(dòng)的影響及掌握三維結(jié)構(gòu)渦激振動(dòng)二維分析方法具有重要意義。鑒于此,本文主要研究工作如下:(1)為了確定懸索橋吊索的約束剛度及其影響因素,明確目前吊索流固耦合二維數(shù)值計(jì)算中剛度的取值。本文采用理論推導(dǎo)和有限元方法分析了吊索初始張力、長(zhǎng)度、直徑、風(fēng)速、約束條件以及吊索位置對(duì)吊索約束剛度的影響。結(jié)果表明:有限元數(shù)值模擬結(jié)果與理論推導(dǎo)結(jié)果吻合良好,有限元計(jì)算與理論推導(dǎo)的正確性得到了相互印證;吊索約束剛度隨其初始張力與直徑的增大而增大,吊索約束剛度隨其長(zhǎng)度的增大而減小;吊索約束剛度隨風(fēng)速的變化而變化;吊索兩端為固定端約束時(shí)的剛度大于吊索兩端為固定鉸約束時(shí)的剛度;吊索的跨中斷面約束剛度最小,從跨中向兩端吊索約束剛度逐漸增大。因此在吊索的流固耦合計(jì)算時(shí),剛度的取值隨吊索初始張力、長(zhǎng)度、直徑、風(fēng)速、約束條件以及吊索斷面位置的不同而不同。(2)確定懸索橋吊索的阻尼及其影響因素是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn),且目前吊索流固耦合二維數(shù)值計(jì)算中吊索阻尼取值的實(shí)際工程意義不太明確,為了利用二維流固耦合計(jì)算實(shí)際工程中吊索的風(fēng)振特性,其中吊索斷面阻尼的取值至關(guān)重要,為了研究吊索斷面的阻尼特性,采用自由振動(dòng)衰減法和有限元方法分析了吊索初始張力、長(zhǎng)度、直徑、風(fēng)速、約束條件以及吊索位置對(duì)吊索阻尼的影響。結(jié)果表明:吊索阻尼隨其初始張力的增大而增大,吊索阻尼隨其直徑和長(zhǎng)度的增大而減小;吊索阻尼隨風(fēng)速的變化而變化;吊索兩端為固定端約束時(shí)的阻尼大于吊索兩端為固定鉸約束時(shí)的阻尼;吊索的跨中阻尼最小,從跨中向兩端吊索阻尼逐漸增大。因此在吊索的流固耦合計(jì)算時(shí),阻尼的取值隨著吊索初始張力、長(zhǎng)度、直徑、風(fēng)速、約束條件以及吊索位置的不同而不同。(3)在明確了懸索橋吊索剛度與阻尼確定方法的基礎(chǔ)上,本文提出了吊索渦激振動(dòng)的準(zhǔn)三維數(shù)值分析方法,采用該方法分析了吊索的渦激振動(dòng)特性。通過(guò)與已有文獻(xiàn)的對(duì)比,驗(yàn)證了吊索渦激振動(dòng)準(zhǔn)三維數(shù)值分析方法的正確性;建立吊索的有限元模型,研究吊索剛度與阻尼對(duì)其渦激振動(dòng)的影響。結(jié)果表明:隨著吊索剛度的減小,吊索無(wú)因次振幅逐漸增大,但增大到一定值后增長(zhǎng)幅度減慢;隨著吊索阻尼的減小吊索無(wú)因次振幅呈增大趨勢(shì),吊索阻尼越大,吊索無(wú)因次振幅越小;目前很多準(zhǔn)三維渦激振動(dòng)計(jì)算所選取的阻尼普遍偏大,與吊索真實(shí)阻尼脫節(jié),計(jì)算得到的渦激振動(dòng)鎖定風(fēng)速大于吊索的真實(shí)渦激振動(dòng)鎖定風(fēng)速且計(jì)算得到的無(wú)因次振幅小于真實(shí)渦激振動(dòng)的無(wú)因次振幅。
【關(guān)鍵詞】：懸索橋 吊索 約束剛度 阻尼 渦激振動(dòng) 理論推導(dǎo) 有限元 流固耦合
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U448.25
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-18
• 1.1 研究背景及意義11-13
• 1.2 懸索橋吊索剛度、阻尼及渦激振動(dòng)分析方法研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 索結(jié)構(gòu)剛度研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 索結(jié)構(gòu)阻尼研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 索結(jié)構(gòu)渦激振動(dòng)研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容17-18
• 2 懸索橋吊索約束剛度分析方法及影響因素分析18-35
• 2.1 引言18-19
• 2.2 吊索約束剛度的理論建模19-22
• 2.3 吊索約束剛度的有限元建模22-27
• 2.3.1 工程概況22-23
• 2.3.2 有限元參數(shù)設(shè)置23-25
• 2.3.3 結(jié)果驗(yàn)證25-27
• 2.4 吊索約束剛度影響參數(shù)分析27-33
• 2.4.1 吊索張力的影響27-28
• 2.4.2 吊索直徑的影響28-29
• 2.4.3 吊索長(zhǎng)度的影響29-30
• 2.4.4 風(fēng)速大小的影響30-31
• 2.4.5 端部約束情況的影響31-32
• 2.4.6 吊索不同位置的影響32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-35
• 3 懸索橋吊索阻尼影響因素分析35-47
• 3.1 引言35
• 3.2 本文計(jì)算方法及計(jì)算工況確定35-40
• 3.2.1 本文計(jì)算方法35-37
• 3.2.2 計(jì)算工況37-40
• 3.3 吊索阻尼影響參數(shù)分析40-45
• 3.3.1 吊索張力的影響40-41
• 3.3.2 吊索直徑的影響41
• 3.3.3 吊索長(zhǎng)度的影響41-43
• 3.3.4 風(fēng)速大小的影響43
• 3.3.5 端部約束情況的影響43-44
• 3.3.6 吊索不同位置的影響44-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 4 懸索橋吊索渦激振動(dòng)分析方法研究47-58
• 4.1 引言47
• 4.2 懸索橋吊索渦激振動(dòng)數(shù)值分析方法的建立47-51
• 4.3 本文數(shù)值分析方法的驗(yàn)證51-53
• 4.4 吊索渦激振動(dòng)影響參數(shù)分析53-57
• 4.4.1 工程概況53-54
• 4.4.2 不同剛度的影響54-55
• 4.4.3 不同阻尼的影響55-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 5 結(jié)論與展望58-60
• 5.1 結(jié)論58-59
• 5.2 展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 致謝64-66
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果66-67

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