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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