桥梁断面非定常气动力的可叠加性

来源 :第十五届全国结构风工程学术会议暨第一届全国风工程研究生论坛 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yolandaguyu
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自20世纪中叶至今半个多世纪以来,在早期航空学的基础上,国内外研究者在钝体桥梁空气动力学方面的研究取得了巨大的成就.桥梁跨径不断飞跃,其主要原因之一正是钝体桥梁空气动力学以及大气边界层风特性方面的研究积累.然而,钝体桥梁空气动力学中一些棘手的问题也越来越明显地在工程实践中暴露出来.这里主要给出以下两个方面:对钝体断面气动导纳的性质认识不足和对颤抖振理论中非定常气动力的处理方面认识不足。文章从空气动力学与机翼理论入手说明上面两个问题可以归结为桥梁断面非定常气动力的可叠加性,或者说可叠加的近似程度。文中的理论探讨表明,理想流线型二维机翼断面的相对风速沿宽度方向的分布,无论是线性(刚体运动)还是非线性分布,均可表示成一般的级数形式。与之相应的是,断面非定常气动力的解答也可采用Bessel函数表示成一般的形式。根据一般解形式,刚性运动与紊流产生的气动力可线性叠加,且竖向脉动风速产生的气动力效应不能等效成断面竖向刚性运动的效应。从分析中不难发现,薄机翼非定常气动力可叠加的前提条件在钝体断面中均不满足,然而多年来桥梁风工程中的颤抖振理论模型一直建立在非定常气动力可叠加的假定上,而人们对桥梁气动导纳的研究也是以这一假定为指导思想。然而,在这样的指导思想及理论模型下,我们并不能准确地完成桥梁风振随机响应的理论分析,这不得不令人深思。钝体桥梁断面非定常气动力的关键问题是:是否存在只依赖于折算频率而独立于风场特性以及结构运动的气动导纳函数;是否存在只依赖于折算频率而独立于风场特性以及结构运动的颤振导数来描述非定常自激力。
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