大跨度桥梁主梁风效应的脉冲等离子体流动控制研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lingyumhg
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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,在模型上合适位置贴上介质阻挡放电电极;搭建DBD致动系统、3D打印风洞试验平台,并确定试验工况。其次,在不同攻角、不同电极启动位置、不同输入参数下测量模型上下表面压力系数分布,并积分求得模型所受气动力。发现在正攻角时DBD对模型有更优良的流动控制效果,阻力系数降低和脉动升力系数都出现降低;在负攻角时,DBD虽仍有一定的控制效果,但不如正攻角时显著,这是由桥梁截面的上下表面几何不对称导致的。大多数情况下,正攻角时启动2号电极、负攻角时启动3号电极能获得较好的效果。脉冲激励频率是对控制效果影响最大的参数,频率大小直接影响控制效果好坏。最后,通过PIV分析模型在典型攻角和不同频率下绕流场特性,发现合理的电极布置和启动方式可以有效降低模型尾部的湍动能,对尾部漩涡脱落起到抑制作用。不同频率下的湍动能分布和涡量分布与测压试验结果具有一致性,激励频率是影响流场特性的重要因素。
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