风致非圆截面柔长结构的多模态耦合振动研究
发布时间：2022-12-09 01:55
在架空输电导线和斜拉桥拉索等大跨度系统中存在着一种柔长结构,这种结构具有大柔度、小阻尼和小质量的特点,其纵向尺度远远大于横向尺度,且具有单向刚度,只能承受拉力,而不能承受压力。由于长期暴露于自然环境中,雨雪天气会导致此类结构圆截面的改变,在来流风场下易形成一种大幅振动,如输电导线覆冰舞动时会导致跳线、断电甚至杆塔倒塌;斜拉索由于水线附着而引起的振动会造成斜拉桥结构疲劳损坏,影响交通安全。本文对此类非圆截面柔长结构的非线性振动特性进行了理论研究、数值模拟和实验验证,探讨了这类柔长结构的风致振动机理和丰富的非线性动力学现象。论文的主要内容和研究成果包括:针对一类近椭圆形非圆截面柔长结构,考虑其几何非线性和气动载荷非线性,利用Hamilton原理建立了面内、面外和扭转三个方向耦合的连续体动力学模型。采用Galerkin法对连续体模型进行空间离散,得到了系统的常微分方程。利用平均法求得了系统的平均方程和分岔方程,建立了分岔参数、开折参数与工程参数的对应关系,并对分岔参数与开折参数进行了解耦。根据奇异性理论,得到了以工程参数界定的转迁集、以面内阻尼比表示分岔参数的拓扑曲线。结合约束分岔理论,将转...
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
字母注释表
第一章 绪论
1.1 非圆截面柔长结构舞动的研究意义
1.2 舞动研究现状
1.3 本文工作
第二章 非圆截面柔长结构的奇异性分析
2.1 引言
2.2 面内、面外与扭转三自由度模型的建立
2.3 Galerkin法和平均法求解
2.4 分岔理论分析
2.5 不同拓扑结构的数值验证
2.6 小结
第三章 液体附着非圆截面柔长结构的非线性特性分析
3.1 引言
3.2 面内、面外与水线耦合动力学模型的建立
3.3 平均法求解
3.4 算例分析
3.5 小结
第四章 非圆截面柔长结构的 1:1 参数共振
4.1 引言
4.2 面内、轴向两自由度模型的建立
4.3 面内参激振动模型的建立
4.4 算例分析
4.5 结论
第五章 非圆截面柔长结构的亚谐共振
5.1 引言
5.2 多尺度法求解
5.3 系统参数对幅频曲线的影响
5.4 与未受激励模型的对比分析
5.5 分岔与参数控制
5.6 全局分岔行为研究
5.7 结论
第六章 非圆截面柔长结构的多模态相互作用
6.1 引言
6.2 面内前四阶模态与一阶扭转模态耦合模型的建立
6.3 初值稳定性分析
6.4 非线性响应分析
6.5 多模态相互作用
6.6 面内前四阶模态与扭转前四阶模态模型的稳定性分析
6.7 小结
第七章 非圆截面柔长结构舞动实验
7.1 引言
7.2 实验系统介绍
7.3 圆截面与非圆截面柔长结构对比实验
7.4 舞动模态随风速响应实验
7.5 添加阻尼对舞动模态的影响实验
7.6 不同截面柔长结构的对比实验
7.7 结论
第八章 总结与展望
8.1 全文总结
8.2 今后工作展望
附录
附录 1
附录 2
附录 3
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]输电线路导线舞动中的混沌运动研究[J]. 侯磊,陈予恕. 振动工程学报. 2014(01)
[2]输电塔线体系中覆冰导线舞动数值模拟研究[J]. 赵莉,严波,蔡萌琦,梁明. 振动与冲击. 2013(18)
[3]覆冰四分裂导线舞动近似解析解分析[J]. 蔡君艳,刘习军,张素侠. 工程力学. 2013(05)
[4]扇形覆冰导线气动力特性及驰振不稳定性研究[J]. 马文勇,顾明. 振动与冲击. 2012(11)
[5]基于增量谐波平衡法的覆冰输电线舞动分析[J]. 晏致涛,张海峰,李正良. 振动工程学报. 2012(02)
[6]输电线路覆冰研究综述[J]. 黄斌,徐姗姗,苏文宇. 电瓷避雷器. 2012(01)
[7]覆冰输电线结构及载荷对舞动的影响[J]. 周坤涛,郝淑英,刘君,张琪昌. 振动与冲击. 2012(01)
[8]输电塔-线体系舞动仿真及控制研究[J]. 曹化锦,李黎,姜维,陈元坤. 振动与冲击. 2011(12)
[9]输电塔—覆冰导线耦合体系非线性动力响应分析[J]. 荣志娟,张陵. 动力学与控制学报. 2011(04)
[10]输电线覆冰舞动的简化分析方法[J]. 李黎,曹化锦,肖鹏,夏正春. 工程力学. 2011(S2)
博士论文
[1]覆冰导线气动及舞动特性研究[D]. 曹化锦.华中科技大学 2013
[2]覆冰分裂输电导线舞动的强非线性动力学研究[D]. 刘富豪.天津大学 2012
[3]输电线路覆冰导线舞动及其对塔线体系力学特性影响的研究[D]. 王少华.重庆大学 2008
本文编号：3714579
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
字母注释表
第一章 绪论
1.1 非圆截面柔长结构舞动的研究意义
1.2 舞动研究现状
1.3 本文工作
第二章 非圆截面柔长结构的奇异性分析
2.1 引言
2.2 面内、面外与扭转三自由度模型的建立
2.3 Galerkin法和平均法求解
2.4 分岔理论分析
2.5 不同拓扑结构的数值验证
2.6 小结
第三章 液体附着非圆截面柔长结构的非线性特性分析
3.1 引言
3.2 面内、面外与水线耦合动力学模型的建立
3.3 平均法求解
3.4 算例分析
3.5 小结
第四章 非圆截面柔长结构的 1:1 参数共振
4.1 引言
4.2 面内、轴向两自由度模型的建立
4.3 面内参激振动模型的建立
4.4 算例分析
4.5 结论
第五章 非圆截面柔长结构的亚谐共振
5.1 引言
5.2 多尺度法求解
5.3 系统参数对幅频曲线的影响
5.4 与未受激励模型的对比分析
5.5 分岔与参数控制
5.6 全局分岔行为研究
5.7 结论
第六章 非圆截面柔长结构的多模态相互作用
6.1 引言
6.2 面内前四阶模态与一阶扭转模态耦合模型的建立
6.3 初值稳定性分析
6.4 非线性响应分析
6.5 多模态相互作用
6.6 面内前四阶模态与扭转前四阶模态模型的稳定性分析
6.7 小结
第七章 非圆截面柔长结构舞动实验
7.1 引言
7.2 实验系统介绍
7.3 圆截面与非圆截面柔长结构对比实验
7.4 舞动模态随风速响应实验
7.5 添加阻尼对舞动模态的影响实验
7.6 不同截面柔长结构的对比实验
7.7 结论
第八章 总结与展望
8.1 全文总结
8.2 今后工作展望
附录
附录 1
附录 2
附录 3
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]输电线路导线舞动中的混沌运动研究[J]. 侯磊,陈予恕. 振动工程学报. 2014(01)
[2]输电塔线体系中覆冰导线舞动数值模拟研究[J]. 赵莉,严波,蔡萌琦,梁明. 振动与冲击. 2013(18)
[3]覆冰四分裂导线舞动近似解析解分析[J]. 蔡君艳,刘习军,张素侠. 工程力学. 2013(05)
[4]扇形覆冰导线气动力特性及驰振不稳定性研究[J]. 马文勇,顾明. 振动与冲击. 2012(11)
[5]基于增量谐波平衡法的覆冰输电线舞动分析[J]. 晏致涛,张海峰,李正良. 振动工程学报. 2012(02)
[6]输电线路覆冰研究综述[J]. 黄斌,徐姗姗,苏文宇. 电瓷避雷器. 2012(01)
[7]覆冰输电线结构及载荷对舞动的影响[J]. 周坤涛,郝淑英,刘君,张琪昌. 振动与冲击. 2012(01)
[8]输电塔-线体系舞动仿真及控制研究[J]. 曹化锦,李黎,姜维,陈元坤. 振动与冲击. 2011(12)
[9]输电塔—覆冰导线耦合体系非线性动力响应分析[J]. 荣志娟,张陵. 动力学与控制学报. 2011(04)
[10]输电线覆冰舞动的简化分析方法[J]. 李黎,曹化锦,肖鹏,夏正春. 工程力学. 2011(S2)
博士论文
[1]覆冰导线气动及舞动特性研究[D]. 曹化锦.华中科技大学 2013
[2]覆冰分裂输电导线舞动的强非线性动力学研究[D]. 刘富豪.天津大学 2012
[3]输电线路覆冰导线舞动及其对塔线体系力学特性影响的研究[D]. 王少华.重庆大学 2008
本文编号：3714579
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