大跨度桥梁主梁风效应的脉冲等离子体流动控制研究
发布时间：2021-07-09 13:34
人类社会的经济发展离不开便利的交通,桥梁是陆地交通中跨越沟壑、河流和峡谷的重要工具,随着大跨度桥梁理论研究的深入、桥梁施工技术的进步和国家经济建设的迫切需求,大跨度桥梁的跨度不断被刷新记录。但桥梁发展史从来不是一帆风顺,人类在发展技术的道路上中总会以大量财力物力甚至丢失生命作为代价,比如1940年美国塔科马大桥在风速19m/s时发生剧烈风致振动而遭破坏的事故,重塑了桥梁工程师对动力荷载下桥梁结构稳定性的认知,由此催生了桥梁风工程这门新学科。时至今日,桥梁风工程仍结合时代需求,不断完善理论和技术,开创了现代桥梁的新局面。大跨度桥梁在跨度达到一定程度后,由于自身细柔的特征,极易产生颤振和涡激振动等动力效应。颤振往往对桥梁造成剧烈震荡甚至是整体结构的坍塌,而涡振的振幅是有限的,即便如此,仍会影响通行舒适性,导致结构疲劳,影响桥梁安全性。桥梁风工程面对的首要问题就是如何减小桥梁结构在风荷载下的动力响应。本文结合先前学者对脉冲DBD流动控制的研究,尝试探索将这种控制手段应用在桥梁主梁流动控制上的可行性和具体方案,具体包含如下内容:首先,基于丹麦大海带东桥主梁截面尺寸,按照一定缩尺比设计试验模型,...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
塔科马大桥风毁图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文4流自激力作用下发生的扭转发散振动或弯扭耦合发散振动，塔科马大桥的破坏就是典型例子。对于斜拉桥和悬索桥这类大跨径桥梁结构，其风敏感性非常高，风致振动是影响此类桥梁结构安全的关键因素。在低风速下，大跨度桥梁结构会发生涡激振动[45]，这是由于气流流过结构表面时发生了流动分离，在结构尾部发生了交替脱落的卡门涡街（如图1-2所示），迫使结构发生振动。虽然这种振动并不是发散振动，但当漩涡脱落频率和结构自振频率一致时，仍会发生较大幅度的振动，威胁到车辆行驶安全以及桥梁结构的自身安全[2]。2020年5月5日下午，广东虎门大桥发生异常抖动，交管部门不得不关停大桥，初步分析是由桥两侧临时增设的挡墙，破坏了断面流线形态引发涡振所致。1985年，日本学者在Meiko.Nishi斜拉桥上首次发现了风雨激振这样一种新振动形式。风雨激振是斜拉桥的斜拉索在风雨共同作用下发生的振动，一般振幅较大，如日本荒津大桥和名港西大桥上测得的风雨激振最大振幅分别达到0.5m和0.55m[3]。而且风雨激振发生的频率较高，容易造成斜拉索的疲劳损坏。因此，展开一系列研究解决如何降低或避免桥梁风致振动破坏的问题具有重要意义。图1-2圆柱绕流卡门涡街示意图很多学者对如何减小桥梁风荷载效应进行了深入研究，流动控制是应用最广泛的一种方法。流动控制又叫做边界层控制，是指通过在结构局部范围内的措施来改变结构周围的流常流动控制能达到促进或抑制分离、加速或延迟流动的转捩以及加强或减弱湍流掺混的效果，从而实现加强传热传质、控制尾流区的湍流结构、抑制流动引起的振动和噪声以及减阻增升等目的。现在的流动控制手段主要有被动流动控制和主动流动控制两种。被动流动控制是指通过改变建筑物的结构气动
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文5构物周围流场造成一定干扰来达到不同的流动控制目的。常见的主动流动控制方法有自吸吹气法、动量注入法、壁面振动减阻法、柔性材料行波壁流动控制法等[47]。本文采用的是一种新的主动流动控制方法——介质阻挡放电等离子体流动控制法。图1-3不同形式导流板示意图图1-4开槽断面示意图图1-5自吸吹气控制1-6行波在圆柱上的分布图1-7行波捕获漩涡示意图1.1.3DBD激励器工作原理1857年，由Siemens[8]首次提出介质阻挡放电的概念。英文全称为“DielectricBarrierDischargePlasmaActuator”，中文全称为介质阻挡放电等离子体激励器，简称DBD-PA或DBD，是一种有绝缘介质插入放电空间的一种气体放电。介质阻挡放电等离子体激励器是由高频高压电源、介质阻挡材料、裸露电极和掩埋电极组成。掩埋电极埋置于介质阻挡材料下方，裸露电极粘贴在上方，通过高压导线将两电极与高压电源连接。当高频高压电源启动后，上下电极之间会形成电场，当电场强度达到击穿空气所需的强度bE时[4]，空气中的氧气、氮气及其他气体
【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子体流动控制试验与仿真对比研究[J]. 李正农,王鹏,张学文. 湖南大学学报(自然科学版). 2019(07)
[2]等离子体激励参数对圆柱绕流影响的风洞实验研究[J]. 王建明,江海亮,明晓杰,常文博,王成军. 科学技术与工程. 2017(35)
[3]不同布局等离子体激励器的纳秒脉冲放电特性与流动控制效果[J]. 韩孟虎,李军,梁华,赵光银,化为卓,王大博. 高电压技术. 2015(06)
[4]等离子体控制翼型流动分离实验[J]. 方弘毅,李光里,杨波. 沈阳航空工业学院学报. 2010(04)
[5]大跨主梁沿跨向涡振Scanlan非线性模型应用[J]. 鲜荣,廖海黎,李明水. 振动与冲击. 2009(04)
[6]脉冲等离子体气动激励抑制翼型吸力面流动分离的实验[J]. 李应红,梁华,马清源,吴云,宋慧敏,武卫. 航空学报. 2008(06)
[7]应用等离子体实现主动流动控制的实验研究[J]. 刘万刚,李一滨. 弹箭与制导学报. 2006(02)
[8]大气压介质阻挡放电三种模式的电学特征[J]. 徐旭,欧琼荣,舒兴胜,孟月东. 高电压技术. 2006(01)
[9]第二届欧非风工程会议简介[J]. 同济大学学报(自然科学版). 1998(01)
[10]斜拉索的雨振及其制振措施[J]. 周述华,奚绍中. 桥梁建设. 1996(02)
博士论文
[1]等离子体流动控制机理及其应用研究[D]. 李钢.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
硕士论文
[1]风压的概率特性与风荷载计算[D]. 曹守坤.湖南大学 2016
[2]超高层建筑风荷载和风致响应的吹气控制研究[D]. 冯畅达.哈尔滨工业大学 2014
[3]基于DBD-PA的主动流动控制实验研究[D]. 张屹.上海交通大学 2014
[4]圆柱绕流场行波壁主动流动控制的数值模拟研究[D]. 吴清宇.哈尔滨工业大学 2013
[5]介质阻挡放电—蒸气发生—原子荧光光谱法测定痕量汞的研究[D]. 朱倩倩.东北大学 2012
[6]大跨度悬索桥抖振及风载内力分析[D]. 彭丹.西南交通大学 2010
[7]应用等离子体实现主动流动控制的研究[D]. 刘万刚.西北工业大学 2004
本文编号：3273845
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
塔科马大桥风毁图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文4流自激力作用下发生的扭转发散振动或弯扭耦合发散振动，塔科马大桥的破坏就是典型例子。对于斜拉桥和悬索桥这类大跨径桥梁结构，其风敏感性非常高，风致振动是影响此类桥梁结构安全的关键因素。在低风速下，大跨度桥梁结构会发生涡激振动[45]，这是由于气流流过结构表面时发生了流动分离，在结构尾部发生了交替脱落的卡门涡街（如图1-2所示），迫使结构发生振动。虽然这种振动并不是发散振动，但当漩涡脱落频率和结构自振频率一致时，仍会发生较大幅度的振动，威胁到车辆行驶安全以及桥梁结构的自身安全[2]。2020年5月5日下午，广东虎门大桥发生异常抖动，交管部门不得不关停大桥，初步分析是由桥两侧临时增设的挡墙，破坏了断面流线形态引发涡振所致。1985年，日本学者在Meiko.Nishi斜拉桥上首次发现了风雨激振这样一种新振动形式。风雨激振是斜拉桥的斜拉索在风雨共同作用下发生的振动，一般振幅较大，如日本荒津大桥和名港西大桥上测得的风雨激振最大振幅分别达到0.5m和0.55m[3]。而且风雨激振发生的频率较高，容易造成斜拉索的疲劳损坏。因此，展开一系列研究解决如何降低或避免桥梁风致振动破坏的问题具有重要意义。图1-2圆柱绕流卡门涡街示意图很多学者对如何减小桥梁风荷载效应进行了深入研究，流动控制是应用最广泛的一种方法。流动控制又叫做边界层控制，是指通过在结构局部范围内的措施来改变结构周围的流常流动控制能达到促进或抑制分离、加速或延迟流动的转捩以及加强或减弱湍流掺混的效果，从而实现加强传热传质、控制尾流区的湍流结构、抑制流动引起的振动和噪声以及减阻增升等目的。现在的流动控制手段主要有被动流动控制和主动流动控制两种。被动流动控制是指通过改变建筑物的结构气动
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文5构物周围流场造成一定干扰来达到不同的流动控制目的。常见的主动流动控制方法有自吸吹气法、动量注入法、壁面振动减阻法、柔性材料行波壁流动控制法等[47]。本文采用的是一种新的主动流动控制方法——介质阻挡放电等离子体流动控制法。图1-3不同形式导流板示意图图1-4开槽断面示意图图1-5自吸吹气控制1-6行波在圆柱上的分布图1-7行波捕获漩涡示意图1.1.3DBD激励器工作原理1857年，由Siemens[8]首次提出介质阻挡放电的概念。英文全称为“DielectricBarrierDischargePlasmaActuator”，中文全称为介质阻挡放电等离子体激励器，简称DBD-PA或DBD，是一种有绝缘介质插入放电空间的一种气体放电。介质阻挡放电等离子体激励器是由高频高压电源、介质阻挡材料、裸露电极和掩埋电极组成。掩埋电极埋置于介质阻挡材料下方，裸露电极粘贴在上方，通过高压导线将两电极与高压电源连接。当高频高压电源启动后，上下电极之间会形成电场，当电场强度达到击穿空气所需的强度bE时[4]，空气中的氧气、氮气及其他气体
【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子体流动控制试验与仿真对比研究[J]. 李正农,王鹏,张学文. 湖南大学学报(自然科学版). 2019(07)
[2]等离子体激励参数对圆柱绕流影响的风洞实验研究[J]. 王建明,江海亮,明晓杰,常文博,王成军. 科学技术与工程. 2017(35)
[3]不同布局等离子体激励器的纳秒脉冲放电特性与流动控制效果[J]. 韩孟虎,李军,梁华,赵光银,化为卓,王大博. 高电压技术. 2015(06)
[4]等离子体控制翼型流动分离实验[J]. 方弘毅,李光里,杨波. 沈阳航空工业学院学报. 2010(04)
[5]大跨主梁沿跨向涡振Scanlan非线性模型应用[J]. 鲜荣,廖海黎,李明水. 振动与冲击. 2009(04)
[6]脉冲等离子体气动激励抑制翼型吸力面流动分离的实验[J]. 李应红,梁华,马清源,吴云,宋慧敏,武卫. 航空学报. 2008(06)
[7]应用等离子体实现主动流动控制的实验研究[J]. 刘万刚,李一滨. 弹箭与制导学报. 2006(02)
[8]大气压介质阻挡放电三种模式的电学特征[J]. 徐旭,欧琼荣,舒兴胜,孟月东. 高电压技术. 2006(01)
[9]第二届欧非风工程会议简介[J]. 同济大学学报(自然科学版). 1998(01)
[10]斜拉索的雨振及其制振措施[J]. 周述华,奚绍中. 桥梁建设. 1996(02)
博士论文
[1]等离子体流动控制机理及其应用研究[D]. 李钢.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
硕士论文
[1]风压的概率特性与风荷载计算[D]. 曹守坤.湖南大学 2016
[2]超高层建筑风荷载和风致响应的吹气控制研究[D]. 冯畅达.哈尔滨工业大学 2014
[3]基于DBD-PA的主动流动控制实验研究[D]. 张屹.上海交通大学 2014
[4]圆柱绕流场行波壁主动流动控制的数值模拟研究[D]. 吴清宇.哈尔滨工业大学 2013
[5]介质阻挡放电—蒸气发生—原子荧光光谱法测定痕量汞的研究[D]. 朱倩倩.东北大学 2012
[6]大跨度悬索桥抖振及风载内力分析[D]. 彭丹.西南交通大学 2010
[7]应用等离子体实现主动流动控制的研究[D]. 刘万刚.西北工业大学 2004
本文编号：3273845
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