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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

同济大学土木工程防灾国家重点实验室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

同济大学土木工程防灾国家重点实验室1.风洞试验简介u1.1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

同济大学土木工程防灾国家重点实验室u1.2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)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

同济大学土木工程防灾国家重点实验室u1.3风洞试验分类高空或行人风环境(Pedestrianleveltest)风环境建筑物周边风环境(Topographicalmodeltest)环境空气动力学试验(Environmentaerodynamics)天平测力试验(Forcebalancetest)建筑结构表面测压试验(Claddingloadtest)气弹模型试验(Aeroelasticmodeltest)节段模型试验(Sectionalmodeltest)桥梁结构拉条模型试验(Tautstripmodeltest)气弹模型试验(Aeroelasticmodeltest)

同济大学土木工程防灾国家重点实验室u1.4主要试验设备(1)皮托管测压—平均风速图1.皮托管测压

同济大学土木工程防灾国家重点实验室u1.4主要试验设备(续)(2)热线风速仪—脉动风速?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图2.热线风速仪

同济大学土木工程防灾国家重点实验室2.定常三分力系数识别u2.1测力天平FL—升力(Liftforce)FD—阻力(Dragforce)FS—侧向力(Sideforce)M—竖向弯矩(Pitchingmoment)PM—扭矩(Rollingmoment)RM—侧向弯矩(Yawingmoment)Y要求：高灵敏度大刚度稳定性非耦合图3.测力天平

同济大学土木工程防灾国家重点实验室u2.2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u2.3三分力系数（定常气动力系数3个）—升力系数—阻力系数—升力矩系数通常是在均匀流场中进行的

同济大学土木工程防灾国家重点实验室u2.4系数1.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—样本均值

同济大学土木工程防灾国家重点实验室3.准定常气动参数识别u3.1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：参数：有效攻角：n—表示气动升力作用位置，机翼n=0.75

同济大学土木工程防灾国家重点实验室u3.2准定常气动力(1)运动相关力(自激力)(2)准定常参数（6个）—升力系数关于攻角的导数—阻力系数关于攻角的导数—升力矩系数关于攻角的导数注意：△α的单位为弧度(arc)(3)

同济大学土木工程防灾国家重点实验室u3.3Strouhal数(1)定义f—振动频率；d—直径或宽度；U—风速(2)涡振参数(3)尾流卓越频率模型不同风速下实测尾流卓越频率fp

同济大学土木工程防灾国家重点实验室4.非定常气动参数识别u4.1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u4.2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u4.3自由振动试验系统

同济大学土木工程防灾国家重点实验室u4.4识别原理振动方程：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

同济大学土木工程防灾国家重点实验室u4.4识别原理(续)识别方程：识别公式：

同济大学土木工程防灾国家重点实验室u4.4识别原理(续)阻尼参数：刚度参数：方法改进主要体现在提高精度和稳定性上

同济大学土木工程防灾国家重点实验室5.气动导纳识别u5.1气动导纳定义抖振力时域表达式：抖振力频域表达式：气动导纳：χ,χ,χ,χ,χ,χLuLwDuDwMuMw

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