斜拉桥的模态跃迁行为及其对涡激振动的影响

发布时间：2017-06-29 14:03

  本文关键词：斜拉桥的模态跃迁行为及其对涡激振动的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：材料科学、制造业工艺以及施工技术的进步促使斜拉桥结构的跨度越来越大且质量越来越轻。这种小阻尼、大柔度、超细长的复杂结构在移动车辆、风/雨的作用下极易产生复杂的振动现象。风致振动问题已经成为桥梁工程中不可忽略的安全因素之一。涡激振动是一种在较低的风速作用下发生的具有自激限幅特性的风致振动,易影响斜拉桥通车及行人的舒适性,严重的情况下甚至会导致斜拉桥结构的疲劳破坏。因此,研究斜拉桥涡激振动响应具有重要的意义。由多个构件组成并具有整体对称性或局部对称性的结构具有复杂的动力学行为,如物理参数微小的差异会引起相邻两阶模态发生互换,即模态跃迁现象。固有特性对于参数的敏感性这一特点势必导致依赖于模态所求解出的振动响应和实际情况具有显著的差异。本文研究斜拉桥的模态跃迁行为及其对涡激振动响应的影响,具体内容包括:(1)将桥面简化成梁的模型,采用偏微分方程组分别建立各斜拉索及各梁段的动力学方程,并建立斜拉桥的边界条件及子结构间的几何与力学相容条件;(2)建立斜拉桥线性化、无阻尼系统的频率方程,研究当斜拉桥具有整体对称/局部子结构对称性情况下物理参数(斜拉索长度、初始垂度)微小变动对固有频率及模态的影响;(3)考虑拉索的边界条件具有方向性,研究斜拉桥在斜拉索振动过程中有效长度的变化导致模态跃迁与涡脱激振力联合作用下的动力学行为。本文研究结果表明:(1)斜拉桥具有非常密集的固有频率;(2)斜拉桥密集固有频率曲线偏转现象的出现伴随着斜拉桥模态局部化现象和模态跃迁现象的发生;(3)非对称性布局的结构发生模态跃迁的可能性低于对称性结构;(4)模态跃迁下,随着风速的不断增大,斜拉桥的涡激振动响应会反复地经由倍周期分岔和倒倍周期分岔在周期运动和拟周期运动间来回切换。
【关键词】：斜拉桥 连续体系统振动 固有频率 模态跃迁 涡激振动
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441.3;U448.27
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-27
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 斜拉桥概述11-15
• 1.2.1 斜拉桥的发展11-13
• 1.2.2 斜拉桥结构特点13-14
• 1.2.3 斜拉桥几何非线性14-15
• 1.3 斜拉桥风致振动及涡振理论15-23
• 1.3.1 斜拉桥风致振动15-18
• 1.3.2 涡激振动研究现状18-21
• 1.3.3 涡激力的表达式21-23
• 1.4 结构的模态跃迁及局部化23-26
• 1.4.1 模态跃迁现象23-25
• 1.4.2 模态局部化25-26
• 1.5 本文的主要研究内容26-27
• 第二章 整体对称性斜拉桥固有特性分析27-40
• 2.1 概述27
• 2.2 斜拉桥模型建立27-28
• 2.3 斜拉桥动力学方程28-31
• 2.3.1 拉索的动力学建模28
• 2.3.2 桥面的动力学建模28-29
• 2.3.3 边界条件与相容条件29-31
• 2.4 固有频率及模态求解31-35
• 2.4.1 系统自由振动方程31-32
• 2.4.2 固有频率与振型求解32-35
• 2.5 数值结果与讨论35-39
• 2.6 本章小结39-40
• 第三章 局部对称性斜拉桥固有特性分析40-49
• 3.1 概述40
• 3.2 四索斜拉桥模型建立40
• 3.3 四索斜拉桥动力学建模40-43
• 3.4 四索斜拉桥固有频率及模态求解43
• 3.5 数值结果及分析43-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第四章 模态跃迁下斜拉桥的涡激振动49-60
• 4.1 概述49
• 4.2 斜拉桥涡激振动方程49-54
• 4.2.1 全局模态正交化49-52
• 4.2.2 梁段涡激力建模52
• 4.2.3 Galerkin法对连续系统离散化52-54
• 4.3 模态跃迁下斜拉桥涡激振动模型54
• 4.4 数值结果与讨论54-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第五章 总结与展望60-62
• 5.1 总结60
• 5.2 今后展望60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 读研期间发表的文章67-68
• 附录68-72

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