基于主动-被动混合试验技术的三维气动导纳识别方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于主动

【技术实现步骤摘要】
基于主动
‑
被动混合试验技术的三维气动导纳识别方法及系统


[0001]本专利技术属于风荷载的测试
，具体的为一种基于主动
‑
被动混合试验技术的三维气 动导纳识别方法及系统。

技术介绍

[0002]气动导纳是目前大跨桥梁抖振分析方法中非常重要的气动参数。传统的大跨桥梁抖振分 析方法一般都基于线性准定常理论和气动片条理论，但由于波长小频率高的紊流成分不具有 空间和时间上的均匀性，并且沿桥横截面的宽度和高度方向表现为空间不完全相关性。所以， 传统的大跨桥梁抖振分析方法在采用准定常抖振力的基础上引入气动导纳来考虑紊流在时空 上的非定常性和不完全相关性。
[0003]但在传统风洞试验中，采用被动方式(格栅或尖塔)模拟的紊流中包含了纵向和竖向脉 动成分，二者无法完全分离。上述理论中无法准确区分紊流纵向、竖向分量对抖振力相关性 的影响，从而采用了两波数导纳的等效条件。并且在大攻角情况下，桥梁断面气动导纳由纵 向(u方向)和竖向(w方向)的脉动风同时控制，目前常用的等效气动导纳识别法由于忽略 u和w方向不同的贡献，是目前抖振响应误差的主要来源之一。因此，为了分别评估不同脉 动风分量对于抖振力的贡献，有必要研究u和w方向脉动风所对应的气动导纳。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于主动
‑
被动混合试验技术的三维气动导纳识别 方法及系统，提出一种纵向、竖向分离式的二维气动导纳识别方法，为实际工程中准确评估 钝体断面的抖振荷载提供理论基础。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于主动
‑
被动混合试验技术的三维气动导纳识别方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1：基于三维谱张量分析理论构建抖振力气动导纳的数理模型，得到一波数抖振升 力点谱和两波数抖振升力点谱；将三维气动导纳和与试验确定的参数联系起来,以抖振升力 为对象，得到三维气动导纳闭合解理论识别框架；
[0008]步骤2：主动控制风洞使其产生的紊流场中不包含竖向脉动分量w，建立纵向抖振升力、 脉动风相干函数与一波数和两波数气动导纳之间的气动参数平衡方程，从而构建纵向一波数 和两波数气动导纳的闭合解理论模型；
[0009]步骤3：通过多风扇主动控制风洞生成纵向紊流场，得到纵向脉动风功率谱；结合刚性节 段模型测压法得到钝体断面顺流向任意片条上的纵向紊流的抖振力点谱，并利用试验结果拟 合经验相干函数模型中的待拟合参数，得到抖振升力经验相干函数模型拟合结果；
[0010]步骤4：基于纵向一波数和两波数抖振升力谱模型和步骤2中得到的纵向一波数和两波 数气动导纳的闭合解理论模型，再结合步骤3中得到的纵向紊流功率谱特性和抖振升
力经验 相干函数模型拟合结果，得到纵向一波数气动导纳、纵向两波数气动导纳和纵向二维气动导 纳的闭合解。
[0011]步骤5，被动控制风洞生成被动三维紊流场，结合刚性节段模型测压法得到钝体断面顺 流向任意片条上被动紊流的抖振升力点谱，并拟合经验相干函数模型中的待拟合参数；再基 于一波数、两波数抖振升力模型和步骤1中的三维气动导纳闭合解识别框架，得出广义一波 数气动导纳、二维气动导纳和两波数气动导纳的数值解。
[0012]步骤6，依据紊流效应叠加原理和抖振升力模型，结合步骤4和步骤5得到的纵向二维 导纳和被动紊流中的二维导纳，对钝体断面二维气动导纳的纵向、竖向分量进行识别。
[0013]进一步，所述步骤1中，一波数抖振升力点谱为：
[0014][0015]其中，S
L
(k1)表示抖振升力的一波数谱；ρ表示空气密度；U表示平均风速；b表示模型宽 度；C
L
为均匀流下的升力系数，C
′
L
为升力系数随攻角变化的斜率；C
D
表示均匀流下的阻力系 数；S
u
(k1)和S
w
(k1)分别表示紊流纵向(u
‑
)和竖向(w
‑
)脉动分量的一波数谱；|χ
Lu
(k1)|2和 |χ
Lw
(k1)|2分别表示抖振力与纵向、竖向脉动风相关的一波数导纳；
[0016]两波数抖振升力点谱为：
[0017][0018]其中，S
L
(k1,k2)表示抖振升力的两波数谱；S
u
(k1,k2)和S
w
(k1,k2)分别表示紊流纵向(u
‑
) 和竖向(w
‑
)脉动分量的两波数谱；|χ
Lu
(k1,k2)|2和|χ
Lw
(k1,k2)|2分别表示抖振力与纵向、竖向 脉动风相关的两波数导纳；
[0019]两波数抖振升力谱及两波数脉动风谱均可表示为其点谱与相应的两波数相干函数乘积的 形式：
[0020]S
L
(k1，k2)＝Φ
L
(k1，k2)S
L
(k1)
[0021]S
j
(k1，k2)＝Φ
j
(k1，k2)S
j
(k1)
[0022]其中，Φ
L
(k1,k2)为抖振升力的两波数相干函数；S
j
(k1,k2)表示紊流j向脉动分量的两波数 谱；S
j
(k1)表示紊流j向脉动分量的一波数谱，Φ
j
(k1,k2)为紊流j向脉动分量的两波数相干函 数；j＝(u,w)；
[0023]对于抖振升力和紊流脉动的一波数谱，可由其两波数谱沿k2积分得到，即：
[0024][0025][0026]从而抖振升力两波数谱可写为：
[0027]Φ
L
(k1，k2)S
L
(k1)＝(ρUb)2|χ
L
(k1，k2)|2Θ
L
(k1，k2)
[0028]其中：
[0029][0030]即：
[0031][0032]将上式简化为
[0033]Φ
L
(k1，k2)γ
L
(k1)＝|χ
L
(k1，k2)|2Θ
L
(k1，k2)
[0034]其中：
[0035]将抖振升力与纵向、竖向脉动风相关的一波数导纳改写为：
[0036]|χ
Lu
(k1)|2＝|χ
L
(k1，0)|2|F
Lu
(k1)|2[0037]|χ
Lw
(k1)|2＝|χ
L
(k1，0)|2|F
Lw
(k1)|2[0038]其中，|F
Lu
(k1)|2和|F
Lw
(k1)|2分别表示一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于主动
‑
被动混合试验技术的三维气动导纳识别方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：基于三维谱张量分析理论构建抖振力气动导纳的数理模型，得到一波数抖振升力点谱和两波数抖振升力点谱；将三维气动导纳和与试验确定的参数联系起来，以抖振升力为对象，得到三维气动导纳闭合解理论识别框架；步骤2：主动控制风洞使其产生的紊流场中不包含竖向脉动分量w，建立纵向抖振升力、脉动风相干函数与一波数和两波数气动导纳之间的气动参数平衡方程，从而构建纵向一波数和两波数气动导纳的闭合解理论模型；步骤3：通过多风扇主动控制风洞生成纵向紊流场，得到纵向脉动风功率谱；结合刚性节段模型测压法得到钝体断面顺流向任意片条上的纵向紊流的抖振力点谱，并利用试验结果拟合经验相干函数模型中的待拟合参数，得到抖振升力经验相干函数模型拟合结果；步骤4：基于纵向一波数和两波数抖振升力谱模型和步骤2中得到的纵向一波数和两波数气动导纳的闭合解理论模型，再结合步骤3中得到的纵向紊流功率谱特性和抖振升力经验相干函数模型拟合结果，得到纵向一波数气动导纳、纵向两波数气动导纳和纵向二维气动导纳的闭合解。步骤5，被动控制风洞生成被动三维紊流场，结合刚性节段模型测压法得到钝体断面顺流向任意片条上被动紊流的抖振升力点谱，并拟合经验相干函数模型中的待拟合参数；再基于一波数、两波数抖振升力模型和步骤1中的三维气动导纳闭合解识别框架，得出广义一波数气动导纳、二维气动导纳和两波数气动导纳的数值解。步骤6，依据紊流效应叠加原理和抖振升力模型，结合步骤4和步骤5得到的纵向二维导纳和被动紊流中的二维导纳，对钝体断面二维气动导纳的纵向、竖向分量进行识别。2.根据权利要求1所述基于主动
‑
被动混合试验技术的三维气动导纳识别方法，其特征在于：所述步骤1中，一波数抖振升力点谱为：其中，S
L
(k1)表示抖振升力的一波数谱；ρ表示空气密度；U表示平均风速；b表示模型宽度；C
L
为均匀流下的升力系数，C
′
L
为升力系数随攻角变化的斜率；C
D
表示均匀流下的阻力系数；S
u
(k1)和S
w
(k1)分别表示紊流纵向(u
‑
)和竖向(w
‑
)脉动分量的一波数谱；|χ
Lu
(k1)|2和|χ
Lw
(k1)|2分别表示抖振力与纵向、竖向脉动风相关的一波数导纳；两波数抖振升力点谱为：其中，S
L
(k1，k2)表示抖振升力的两波数谱；S
u
(k1，k2)和S
w
(k1，k2)分别表示紊流纵向(u
‑
)和竖向(w
‑
)脉动分量的两波数谱；|χ
Lu
(k1，k2)|2和|χ
Lw
(k1，k2)|2分别表示抖振力与纵向、竖向脉动风相关的两波数导纳；两波数抖振升力谱及两波数脉动风谱均可表示为其点谱与相应的两波数相干函数乘积的形式：S
L
(k1，k2)＝Φ
L
(k1，k2)S
L
(k1)S
j
(k1，k2)＝Φ
j
(k1，k2)S
j
(k1)其中，Φ
L
(k1，k2)为抖振升力的两波数相干函数；S
j
(k1，k2)表示紊流j向脉动分量的两
波数谱；S
j
(k1)表示紊流j向脉动分量的一波数谱，Φ
j
(k1，k2)为紊流j向脉动分量的两波数相干函数；j＝(u，w)；对于抖振升力和紊流脉动的一波数谱，可由其两波数谱沿k2积分得到，即：积分得到，即：从而抖振升力两波数谱可写为：Φ
L
(k1，k2)S
L
(k1)＝(ρUb)2|χ
L
(k1，k2)|2Θ
L
(k1，k2)其中：即：将上式简化为：Φ
L
(k1，k2)γ
L
(k1)＝|χ
L
(k1，k2)|2Θ
L
(k1，k2)其中：将抖振升力与纵向、竖向脉动风相关的一波数导纳改写为：|χ
Lu
(k1)|2＝|χ
L
(k1，0)|2|F
Lu
(k1)|2|χ
Lw
(k1)|2＝|χ
L
(k1，0)|2|F
Lw
(k1)|2其中，|F
Lu
(k1)|2和|F
Lw
(k1)|2分别表示一波数等效导纳的纵向、竖向分量的展向修正项，|χ
L
(k1，0)|2表示二维气动导纳含；与两波数等效导纳的展向修正项的关系如下：二维气动导纳含；与两波数等效导纳的展向修正项的关系如下：其中，|F
L
(k1，k2)|2表示二波数等效导纳的展向修正项；令k2＝0并考虑到|F
m
(k1，0)|2≡1，得到：当k2≠0时，可得到|F
L
(k1，k2)|2的基础解形式：其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李少鹏，李鑫，李敬洋，吴波，苏益，李智扬，蒋宏声，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：