气动参数识别资料

同济大学土木工程防灾国家重点实验室
4.3 自由振动试验系统
传感器 2 节段模型
传感器 1 来流 U
端杆
端杆
来流 U 传感器 1
长钢丝 弹簧 传感器 3 长钢丝 节段模型 风洞洞壁
传感器 2
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4.4 识别原理
振动方程：
[M s ]{y(t)} [Cs ]{y(t)} [Ks ]{y(t)} {Ff (t)}
(2)简化的周边环境模型 • 刚度很大、外形相似
(3)粗略的上游地表模型 • 用统一的或几种粗糙元模拟
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1.3 风洞试验分类
风环境
高空或行人风环境 (Pedestrian level test) 建筑物周边风环境 (Topographical model test) 环境空气动力学试验 (Environment aerodynamics)
— 升力矩系数
2
通常是在均匀流场中进行的
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2.4 系数识别
• 模型姿态
风攻角：-12° +12° 风偏角：模拟比较困难
• 试验风速
气动力数值与天平测量精度
例如： 天平量程10kg，精度+1%
气动力≥100g
• 数据采样
Fx
1 n
n
Fx (ti )
i 1
— 样本均值
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1.4 主要试验设备 (续)
(2) 热线风速仪—脉动风速
U
静力：W H
W I 2Rw, H A1 B1 U Tw Te
动力：CW dTw / dt W H
图2. 热线风速仪
➢ 热线（膜）在气流流过时由于散热量 增加而降温从而导致电阻变化
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3.准定常气动参数识别
3.1 准定常假定
任意时刻的气动力仅仅与结构当前时刻 的姿态有关， 而与以前时刻的姿态无关
动压： Q (U u dp )2
2
dt
参数：
Cj
C j ( )
dC j
d
rel
有效攻角：
rel
h U
nB w
u p
h
nB
U
w
n—表示气动升力作用位置，机翼n=0.75
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3.2 准定常气动力
(1)运动相关力 (自激力)
FLf
U 2B 2
{CL'
[2CL
p
CL' (h
nB)]/U}
FDf
U 2B 2
{CD'
[2CD
p
CD'
(h
nB)]
/U}
Mf
U 2B2 2
{CM'
[2CM
p
CM'
(h
nB)]/U}
(2) 准定常参数（6个）
CL'
m 0
[M s ] 0
I
m
;
[Cs
]
2mhh 0 2Im
0
;
[Ks ] 0mIh2m20
{Ft(t)}
L f M
f
Lf
U
2 B[K1H1*
h U
K
2
H
* 2
B U
K
2 2
H
3*
K12
H
* 4
h] B
Mf
U
2 B2[K1 A1*
h U
K2
A2*
B U
K
2 2
A3*
K12
A4*
h] B
气弹模型试验 (Aeroelastic model test)
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1.4 主要试验设备
(1)皮托管测压—平均风速
P st a t i c
P total
Pt
Ps
Pd
P0
1 2
aU
2
Pd
Pt
Ps
1 2
aU 2
w gh
P dyn
U
2g
w a
h
w
图1. 皮托管测压
基本假定：
竖向运动时第一阶模态为主，第二阶模态可忽略 扭转运动时第二阶模态为主，第一阶模态可忽略
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建筑结构
天平测力试验 (Force balance test) 表面测压试验 (Cladding load test) 气弹模型试验 (Aeroelastic model test)
节段模型试验 (Sectional model test) 桥梁结构 拉条模型试验 (Taut strip model test)
dCL d
CL
— 升力系数关于攻角的导数
CD'
dCD d
CD
— 阻力系数关于攻角的导数
CM'
dCM d
CM
— 升力矩系数关于攻角的导数
注意：△α的单位为弧度(arc)
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3.3 Strouhal数
(1)定义
St
fd U
f — 振动频率；d —直径或宽度；U —风速
1.1 基本原理
(1)风速及其风向分布模拟 • 良态气候模式 • 飓风气候模式
(2)结构物风效应模拟 • 刚性结构—无振动响应 • 半刚性结构—仅有强迫振动 • 柔性结构—气流与结构相互作用
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1.2 试验模型
(1)精确的结构物模型 • 适当的比例、刚度、质量和外观
2. 定常三分力系数识别
2.1 测力天平
FL
M
Y
F
F D
S
M
P
MR
UL B
图3. 测力天平
FL — 升力(Lift force) FD — 阻力(Drag force) FS — 侧向力 (Side force) MP — 竖向弯矩 (Pitching moment) MR — 扭矩 (Rolling moment) MY — 侧向弯矩 (Yawing moment)
(2)涡振参数
U pv
f pd p Sp
f pd p Sm
(3)尾流卓越频率
模型不同风速下实测尾流卓越频率 fp
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4. 非定常气动参数识别
4.1 模型要求
(1) 刚性—无挠曲变形 (2) 振动—质量、刚度、频率 (3) 外形—按比例缩尺
4.2 识别方法
(1) 自由振动测振法 (2) 强迫振动测振法 (3) 自由振动测压法 (4) 强迫振动测压法
同济大学土木工程防灾国家重点实验室、桥梁工程系
桥梁抗风设计
第六讲
气动参数识别
主讲教师：杨詠昕 教授．副研究员
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1、风洞试验简介 2、定常三分力系数识别 3、准定常气动参数识别 4、非定常气动参数识别 5、气动导纳识别
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1. 风洞试验简介
要求： 高灵敏度 大刚度 稳定性 非耦合
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2.2 测力模型
(1) 轻质—惯性力小、频率高 (2) 刚性—无变形、频率高 (3) 外型—按比例缩尺、相似
2.3 三分力系数（定常气动力系数3个）
CL
1
FL
U 2B
2
— 升力系数
CD
1
FD
U 2H
2
— 阻力系数
CM
MP
1 U 2B2