タワー状の構造物に発生する特異な空力振動現象メカニズム

塔状结构中发生的独特气动振动现象机制

基本信息

批准号：
09750563
负责人：
北川徹哉
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Nihon University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

塔状円柱構造物では渦励振の発現風速よりも数倍高い風速域において「高風速渦励振」が発現する.本研究においては高風速渦励振の励振源を調べるために,塔状円柱の風圧実験模型を製作し風洞実験を行った.まず、円柱全体に作用する風圧変動の特性を調べた結果,自由端近傍に周波数の低い圧力変動成分が存在することが明らかとなった.そこで自由端近傍の圧力変動を緻密に調べるために,模型頂部近傍に圧力タップを集中的に配置した模型を用いて実験を行った.すると,カルマン渦の放出振動数の約1/3の周波数を有する圧力変動が検出された.この周波数は,既往の研究において高風速渦励振の励振源であると推測されていた「自由端渦」の周波数に一致していた.したがって,自由端渦は空気力として模型の頂部近傍のみに作用することが明らかとなった.また,圧力模型実験のデータを用いてアニメーションを作成し,頂部近傍に作用する空気力の時間的推移を観察したところ,自由端渦は非定常的に発生する傾向がみられた.この現象を定量的に捉えるために,頂部近傍の圧力変動データにPOD解析を適用した.自由端渦の作用形状が1次モードとして抽出された.次に,この1次モードの時刻歴にウエーブレット変換を適用した.自由端渦は模型の片側から数回連続的に発生した後,発生領域が反対側へ移り,数回連続的に発生するという性質を有することが明らかとなった.さらに,得られた変動圧力データから模型全体に作用する空気力を求め,円柱ロッキング模型を対象とする応答解析を行った.高風速渦励振の発現風速および振幅は実験値とほぼ一致した.この結果は,自由端渦が高風速渦励振の励振源であることを実証するものである.

在柱状圆柱结构中，“高速涡流激发”的风速比涡流激发的风速高几倍。在这项研究中，为了研究高速涡流激发的来源，制造了柱状圆柱体的风压模型，并进行了风洞实验。首先，研究了作用在整个圆柱体上的风压波动的特征，并发现自由端附近存在低频压力波动组件。因此，为了仔细检查自由端附近的压力波动，我们使用模型进行了一个实验，在该模型中，将压力龙放在模型顶部附近。当我们检测到压力波动时，卡尔曼涡流的发射频率约为1/3。该频率与“自由端涡流”的频率相吻合，该频率被认为是先前研究中高速涡流激发的来源。因此，揭示了自由端涡流仅作为空气动力的模型顶部作用。此外，还显示了压力。使用模型实验的数据创建了动画，并且作用在顶部附近的空气动力的时间进程表明，自由端涡旋往往会非平稳地发生。为了定量捕获这种现象，将POD分析应用于顶部附近的压力波动数据。将自由端涡流的动作形状提取为主要模式。接下来，将小波变换应用于此主要模式的时间历史。据透露，自由端涡流具有从模型的一侧生成多次的自由端涡旋的属性，然后生成区域移至另一侧，并且生成区域被连续几次生成。此外，从获得的可变压力数据中作用于整个模型上的空气动力，并对圆柱锁定模型进行了响应分析。高风速涡旋的风速和幅度几乎与实验值相同。该结果表明，自由端涡旋是高风速涡流激发的来源。