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.

在塔形圆柱结构中，“高风速涡激”发生在比涡激振动发生风速高几倍的风速范围内。本研究为了研究高风速涡激的激振源激励，塔状圆柱体的风压建立实验模型并在风洞中运行进行了实验。首先，通过研究作用于整个圆筒的风压脉动特性，发现在自由端附近存在低频的压力脉动分量。因此，在自由端附近存在压力脉动分量。自由端仔细分析找出来。我们使用测压口集中在模型顶部附近的模型进行了实验。结果，检测到频率约为卡门涡旋脱落频率 1/3 的压力波动。这个频率是，在之前的研究中该频率与先前研究中假设为高风速涡激振源的“自由端涡”的频率相匹配，因此，很明显，自由端涡仅在顶部附近起到空气动力的作用。还有模型的压力。当我们使用模型实验数据创建动画并观察顶部附近作用的气动力的时间过程时，我们发现自由端涡流往往不稳定地发生。为了理解这一点，对压力波动数据应用了 POD 分析。自由端涡旋的作用形状被提取为一阶模态。接下来，对该一阶模态的时间历程应用小波变换。自由端涡旋位于模型的一侧。。已经明确的是，该现象具有连续发生数次，然后移动到相反侧，连续发生数次的性质。此外，从获得的脉动压力数据中发现，找到空军，对圆柱摇摆模型进行了高风速涡激振时的风速和幅值与实验值基本一致，结果表明自由端涡激是高风速涡激振源。这是一件值得做的事情。