基于双天平同步测力技术的复杂断面三维抖振力识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双天平同步测力技术的复杂断面三维抖振力识别方法，在大量的风洞实验数据的基础上，基于Jakobsen相干函数模型以及von K

【技术实现步骤摘要】
基于双天平同步测力技术的复杂断面三维抖振力识别方法


[0001]本专利技术属于风载荷的测量
，具体的为一种基于双天平同步测力技术的复杂断面三维抖振力识别方法。

技术介绍

[0002]目前的风洞试验中一般采用节段模型测压、测力两种试验手段识别不同结构的气动导纳函数。节段模型测压法可获得模型表面的压力分布情况，有助于分析流动分离特性。但对于复杂桥梁断面，如考虑附属构件的箱梁、桁架梁等结构，难以在试验模型上布置足够的测压孔，从而必须采用测力技术对气动导纳进行识别。在测力试验中，通过天平直接测量具有一定长度梁段的整体受力情况，其中包含了紊流三维效应的影响。然而，以往的节段模型测力试验研究一般是以单个天平进行，测得结果表示梁段的整体抖振力，无法表示梁段的跨向相关性。虽然可以通过增加节段模型跨宽比或增加紊流积分尺度使流场接近二维条件的方式提高三维抖振力的识别精度，但是上述近似处理仍然回避了抖振力沿跨向不完全相关的问题，因而识别到的抖振力仍然不甚精确。
[0003]对于更为普遍的具有一定长度的梁段，其抖振力受紊流三维效应的影响，从而不仅与梁段长度有关，还与紊流特性和主梁特征尺寸等参数有关。因此，对于识别三维抖振力，不能简单地以梁段整体力除以其长度的方式计算得到，必须通过理论推导的方式得到复杂断面的抖振力精确解。

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双天平同步测力技术的复杂断面三维抖振力识别方法，将双天平同步测力技术测量得到的某一复杂结构段的抖振力转换为等效片条的抖振力，适用于模型断面形式比较复杂、无法通过测压法测量片条抖振力的情况。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于双天平同步测力技术的复杂断面三维抖振力识别方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1：根据格栅紊流场中各向同性紊流谱模型得到一波数紊流功率谱、两波数紊流功率谱以及横向相干函数；
[0008]步骤2：基于三维谱张量模型，建立基于片条的两波数抖振力谱模型；通过双天平同步测力，建立基于整体复杂结构段的两波数抖振力谱模型；
[0009]步骤3，引入跨向相干函数经验模型，建立片条抖振力谱和整体复杂结构段抖振力谱之间的内在数学关系模型；
[0010]步骤4：建立片条两波数相干函数和整体复杂结构段两波数相干函数之间的内在数学关系模型；
[0011]步骤5，通过对整体复杂结构段的两波数相干函数进行Fourier变换，得到复杂结构段抖振力相干函数和等效片条抖振力相干函数的关系模型。
[0012]进一步，所述步骤1中，利用风场数据采用一波数紊流功率谱拟合出竖向紊流积分
尺度L
w
，并求出一波数竖向紊流功率谱、两波数竖向紊流功率谱和横向相干函数模型，如下：
[0013][0014][0015][0016][0017][0018]其中，S
w
(k1)表示一波数竖向紊流功率谱；S
w
(k1,k2)表示两波数竖向紊流功率谱；Φ
w
(k1,k2)表示横向相干函数模型；L
w
表示竖向紊流积分尺度；σ
w
表示竖向脉动分量的均方根值；Γ表示为Gamma函数；A1和B1表示竖向紊流相干函数中的参数；k1和k2表示波数；
[0019]进一步，所述步骤2中，基于片条的两波数抖振力谱模型为：
[0020][0021]其中，波数k
i
＝n
i
/U，n
i
表示频率；i＝1,2分别表示顺流向和展向；
[0022]ρ表示空气密度；U表示平均风速；b表示模型宽度；C'
L
表示升力系数的导数；C
D
表示阻力系数；
[0023]为两波数抖振力气动导纳，其中上标“eq”表示等效片条；
[0024]S
w
(k1,k2)为两波数竖向紊流功率谱，且：S
w
(k1,k2)＝S
w
(k1)
·
Φ
w
(k1,k2)；
[0025]为等效片条的两波数抖振力功率谱，且：为等效片条的两波数抖振力功率谱，且：表示等效片条的一波数抖振力功率谱，表示等效片条的两波数相干函数。
[0026]进一步，所述步骤2中，基于整体复杂结构段的两波数抖振力谱模型为：
[0027][0028]其中，波数k
i
＝n
i
/U，n
i
表示频率；i＝1,2分别表示顺流向和展向；
[0029]ρ表示空气密度；U表示平均风速；b表示模型宽度；l为复杂结构段的长度；C'
L
表示升力系数的导数；C
D
表示阻力系数；
[0030]为两波数抖振力气动导纳，其中上标“sg”表示复杂结构段；
[0031]S
w
(k1,k2)为两波数竖向紊流功率谱，且：S
w
(k1,k2)＝S
w
(k1)
·
Φ
w
(k1,k2)；
[0032]为复杂结构段的两波数抖振力功率谱，且：为复杂结构段的两波数抖振力功率谱，且：复杂结构段的一波数抖振力功率谱，表示复杂结构段的两波数相干函数；
[0033]sinc2(πlk2)是sinc函数，其定义为：
[0034]进一步，所述步骤3中，根据片条的两波数抖振力谱模型和整体复杂结构段的两波数抖振力谱模型，可以得到片条和整体复杂结构段抖振力点谱的关系式：
[0035][0036]将Jakobsen相干函数模型公式带入片条和整体复杂结构段抖振力点谱的关系式中，得到片条抖振力谱和整体复杂结构段抖振力谱之间的内在数学关系模型：
[0037][0038]其中，表示Jakobsen相干函数中的待拟合参数。
[0039]进一步，所述步骤4中，根据片条抖振力谱和整体复杂结构段抖振力谱之间的内在数学关系模型，得到片条两波数相干函数和整体复杂结构段两波数相干函数之间的内在数学关系模型：
[0040][0041]进一步，所述步骤5中，根据片条两波数相干函数和整体复杂结构段两波数相干函数之间的内在数学关系模型，得到复杂结构段抖振力相干函数和等效片条抖振力相干函数的关系模型：
[0042][0043]其中，表示长度为l的复杂结构段上的抖振力和间距为Δy的两个复杂结构段的抖振力相干函数。
[0044]本专利技术的有益效果在于：
[0045]本专利技术基于双天平同步测力技术的复杂断面三维抖振力识别方法，在大量的风洞实验数据的基础上，基于Jakobsen相干函数模型以及von K
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n谱模型的双天平同步测力技术识别复杂桥梁断面三维抖振力，具有明确的解析解模型，能够完成复杂结构段抖振力向等效片条抖振力的转化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双天平同步测力技术的复杂断面三维抖振力识别方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：根据格栅紊流场中各向同性紊流谱模型得到一波数紊流功率谱、两波数紊流功率谱以及横向相干函数；步骤2：基于三维谱张量模型，建立基于片条的两波数抖振力谱模型；通过双天平同步测力，建立基于整体复杂结构段的两波数抖振力谱模型；步骤3，引入跨向相干函数经验模型，建立片条抖振力谱和整体复杂结构段抖振力谱之间的内在数学关系模型；步骤4：建立片条两波数相干函数和整体复杂结构段两波数相干函数之间的内在数学关系模型；步骤5，通过对整体复杂结构段的两波数相干函数进行Fourier变换，得到复杂结构段抖振力相干函数和等效片条抖振力相干函数的关系模型。2.根据权利要求1所述基于双天平同步测力技术的复杂断面三维抖振力识别方法，其特征在于：所述步骤1中，利用风场数据采用一波数紊流功率谱拟合出竖向紊流积分尺度L
w
，并求出一波数竖向紊流功率谱、两波数竖向紊流功率谱和横向相干函数模型，如下：竖向紊流功率谱、两波数竖向紊流功率谱和横向相干函数模型，如下：竖向紊流功率谱、两波数竖向紊流功率谱和横向相干函数模型，如下：竖向紊流功率谱、两波数竖向紊流功率谱和横向相干函数模型，如下：竖向紊流功率谱、两波数竖向紊流功率谱和横向相干函数模型，如下：竖向紊流功率谱、两波数竖向紊流功率谱和横向相干函数模型，如下：其中，S
w
(k1)表示一波数竖向紊流功率谱；S
w
(k1,k2)表示两波数竖向紊流功率谱；Φ
w
(k1,k2)表示横向相干函数模型；L
w
表示竖向紊流积分尺度；σ
w
表示竖向脉动分量的均方根值；Γ表示为Gamma函数；A1和B1表示竖向紊流相干函数中的参数；k1和k2表示波数。3.根据权利要求2所述基于双天平同步测力技术的复杂断面三维抖振力识别方法，其特征在于：所述步骤2中，基于片条的两波数抖振力谱模型为：其中，波数k
i
＝n
i
/U，n
i
表示频率；i＝1,2分别表示顺流向和展向；ρ表示空气密度；U表示平均风速；b表示模型宽度；C'
L
表示升力系数的导数；C
D
表示阻力
系数；为两波数抖振力气动导纳，其中上标“eq”表示等效片条；S
w
(k1,k2)为两波数竖向紊流功率谱，且：S
w
(k1,...

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