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第1章 概述 1

1.1 桥梁风致振动 1

1.2 桥梁颤振机理研究现状 2

1.2.1 古典耦合颤振 2

1.2.2 分离流颤振 3

1.2.3 多模态颤振 4

1.3 颤振能量转换机理研究 5

1.4 颤振机理研究手段 7

1.4.1 传统方法 7

1.4.2 PIV流场测试技术 7

1.5 研究思路 8

1.6 主要研究内容 10

第2章 二维耦合颤振能量转换的宏观机理研究 13

2.1 宏观层次的颤振能量转换分析框架 13

2.2 耦合颤振能量方程的建立 14

2.2.1 广义的颤振运动控制方程 14

2.2.2 考虑阻尼影响的竖向和扭转简谐振动方程形式 15

2.2.3 耦合颤振能量方程 17

2.2.4 应用能量方程确定弯扭的幅值比和相位差 17

2.3 扭转振动颤振能量分析 19

2.3.1 竖向振动产生的气动升力矩输入到系统能量 20

2.3.2 扭转气动阻尼产生的能量 25

2.3.3 扭转气动刚度产生的能量 28

2.3.4 扭转机械阻尼产生的能量 31

2.3.5 扭转系统惯性力和弹性力产生的能量 32

2.4 竖向振动颤振能量分析 33

2.5 能量在两个自由度上的分配 34

2.5.1 扭转振动的能量 34

2.5.2 竖向振动的能量 34

第3章 典型断面颤振过程中能量转换宏观机理 37

3.1 平板断面颤振过程能量转换宏观机理 37

3.1.1 平板扭转振动能量分析 37

3.1.2 平板竖向振动能量转换分析 51

3.1.3 平板扭转振动和竖向振动的总能量分析 55

3.1.4 平板耦合颤振的能量转换机理 56

3.2 箱梁和H形断面颤振过程能量转换宏观机理 59

3.2.1 扭转振动的能量分析 59

3.2.2 竖向振动的能量分析 70

3.2.3 气流输入到振动系统的总能量分析 71

3.2.4 箱梁和H形断面颤振过程中的能量转换机理 72

第4章 颤振过程能量转换细观机理研究 74

4.1 数值方法在风工程研究中的应用 74

4.2 细观层次的颤振能量转换的分析方法 75

4.2.1 颤振能量转换细观分析框架 75

4.2.2 细观层次和宏观层次之间的关系 77

4.3 钝体绕流的数值模拟技术 79

4.3.1 CFD数值模拟的基本原理 79

4.3.2 颤振过程的数值模拟方法 81

4.4 钝体绕流的流场测试技术 83

4.4.1 PIV流场测试技术原理 83

4.4.2 PIV流场测试结果的后处理方法 84

4.4.3 POD技术的原理及应用 88

第5章 典型桥梁断面固定状态下的细观流态特征 90

5.1 平板断面绕流 90

5.1.1 PIV试验 90

5.1.2 数值模拟计算 90

5.1.3 流场特征比较 96

5.2 箱梁断面绕流 97

5.2.1 PIV试验 97

5.2.2 数值模拟计算 97

5.2.3 流场特征比较 103

5.3 H形断面绕流 104

5.3.1 PIV试验 104

5.3.2 数值模拟计算 105

5.3.3 流场特征比较 107

第6章 平板断面颤振能量转换细观机理 114

6.1 振动断面流场分析方法 114

6.1.1 相位平均 114

6.1.2 外触发锁相技术 115

6.1.3 基于互相关技术的条件平均 115

6.2 平板颤振的流态特征及其表面压力分布特点 116

6.2.1 平板测振及PIV试验 116

6.2.2 平板颤振CFD数值模拟 122

6.2.3 平板压力场的POD分析 126

6.3 基于分块分析思想的平板颤振能量分析 129

6.4 平板颤振的细观机理 132

6.4.1 驱动平板颤振的流场机理 132

6.4.2 平板颤振的宏观机理与细观机理之间的联系 133

第7章 箱梁和H形断面颤振能量转换细观机理 139

7.1 振动断面的细观流态特征 139

7.1.1 箱梁的测振和PIV试验 139

7.1.2 H形断面测振及PIV试验 144

7.2 颤振CFD数值模拟 147

7.2.1 箱梁颤振的数值模拟 147

7.2.2 H形断面风振的数值模拟 149

7.3 压力场的POD分析 151

7.3.1 箱梁表面压力场的POD分解 151

7.3.2 H形断面表面压力场的POD分解 152

7.4 基于分块分析思想的颤振能量分析 155

7.4.1 箱梁颤振能量分析 155

7.4.2 H形断面风振能量分析 158

7.5 驱动桥梁断面颤振的流场机理 162

7.5.1 箱梁颤振的流场机理 162

7.5.2 H形断面风振流场机理 163

7.6 桥梁断面颤振的宏观机理与细观机理之间的关系 164

7.6.1 箱梁颤振的宏观机理与细观机理之间的联系 164

7.6.2 H形断面风振的宏观机理与细观机理之间的联系 170

第8章 结论与展望 175

8.1 主要研究工作 175

8.2 主要研究结论 176

8.3 研究的创新点 178

8.4 未来研究工作的展望 179

参考文献 180

致谢 187