柵格舵氣動與操縱特性高速風(fēng)洞試驗技術(shù)

對自行研制的一船用空氣推進導(dǎo)管螺旋槳系統(tǒng)的導(dǎo)管和槳后整流支架的空氣動力學(xué)性能在試驗雷諾數(shù)范圍進行了風(fēng)洞模型試驗研究。研究結(jié)果表明,導(dǎo)管和槳后整流支架明顯改善了系統(tǒng)的空氣動力學(xué)性能,螺旋槳系統(tǒng)的推力系數(shù)和效率都有較明顯提高,螺旋槳系統(tǒng)的原地靜推力和倒車性能也得到很大改善。

對低層雙坡屋面和四坡屋面建筑進行了風(fēng)洞試驗研究,考慮了屋面形式、屋面坡度、來流方向和挑檐長度等不同因素對屋面風(fēng)壓分布的影響,分析了屋面平均和脈動風(fēng)壓系數(shù)的分布特性。結(jié)果表明,0°風(fēng)向角(來流垂直吹向屋脊)、屋面坡度為30°時,迎風(fēng)屋面屋檐及屋脊附近形成較高負(fù)壓,迎風(fēng)屋面風(fēng)壓系數(shù)呈環(huán)狀分布;屋面坡度為15°時,迎風(fēng)屋面風(fēng)壓系數(shù)呈階梯狀分布。屋面體型系數(shù)受風(fēng)向角、屋面坡度和屋面形式的影響較大:0°風(fēng)向角、雙坡屋面模型中,15°屋面坡度迎風(fēng)屋面體型系數(shù)為30°屋面坡度的2.76倍;四坡屋面模型中,15°屋面坡度迎風(fēng)屋面體型系數(shù)為30°屋面坡度的2.28倍;背風(fēng)屋面體型系數(shù)受屋面坡度的影響較小;0°和45°風(fēng)向角下,對于15°和30°屋面坡度,當(dāng)屋面坡度相同,屋面形式由雙坡改為四坡時,迎風(fēng)屋面的體型系數(shù)絕對值有所增大,屋面更容易受力破壞,但對背風(fēng)屋面的影響較小。

分析了某高層建筑的多通道同步測壓風(fēng)洞試驗。利用隨機振動理論計算了結(jié)構(gòu)等效靜力風(fēng)荷載,分析了風(fēng)荷載隨風(fēng)向的變化關(guān)系,計算了結(jié)構(gòu)頂部峰值加速度響應(yīng),對居住者舒適度進行了評價。

在大氣邊界層風(fēng)洞中模擬了b、c、d三類地貌的風(fēng)場,對矩形和方形模型進行了風(fēng)洞試驗,分析了不同風(fēng)場下矩形和方形模型的風(fēng)壓分布、順風(fēng)向脈動風(fēng)壓功率譜和風(fēng)壓空間相關(guān)性。結(jié)果表明：b、c、d三類風(fēng)場下,平均風(fēng)壓系數(shù)逐步減小,脈動風(fēng)壓系數(shù)逐步增大,順風(fēng)向脈動風(fēng)壓功率譜峰值對應(yīng)頻率基本一致;順風(fēng)向脈動風(fēng)壓功率譜分布特征隨高度變化不大;風(fēng)壓水平和豎向相關(guān)性隨距離增加而減小;湍流度的增大使得迎風(fēng)面水平和豎向風(fēng)壓相關(guān)性增大。

大跨屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)的風(fēng)洞試驗與原型實測研究——以廣州國際會展中心為工程案例，進行了剛性模型風(fēng)洞試驗和有限元模態(tài)分析，在此基礎(chǔ)上計算了屋蓋的風(fēng)致位移響應(yīng)，結(jié)果表明，對于屋蓋風(fēng)振響應(yīng)影響最大的因素是結(jié)構(gòu)的基階振型，其次才是風(fēng)荷載；隨著阻尼比的增加...

本文設(shè)計制作了一外形，剛度，質(zhì)量參數(shù)在一定范圍內(nèi)可調(diào)的通用超高層建筑多自由度氣動彈性模，對其進行了一系列的風(fēng)洞試驗，并詳細(xì)研究了風(fēng)向，等因素對超高層建筑風(fēng)致振動的影響，得到一和些具參考價值的結(jié)果，可供我國有關(guān)規(guī)范修訂時參考。

按照相似準(zhǔn)則,設(shè)計制作了精細(xì)的角鋼輸電塔氣彈模型,基于過境臺風(fēng)氣象資料和臺風(fēng)風(fēng)場模型確定了工程所在地區(qū)的風(fēng)場參數(shù),并進行了b類風(fēng)場和臺風(fēng)風(fēng)場的測振對比試驗,研究了臺風(fēng)風(fēng)場作用下角鋼塔的風(fēng)振特性。試驗結(jié)果表明:兩類風(fēng)場作用下,角鋼塔的風(fēng)振特性基本相似,各風(fēng)向角下除了塔身整體雙向彎曲振動外,還伴隨了較明顯的塔頭扭轉(zhuǎn)振動,導(dǎo)致各工況下橫擔(dān)端部測點的加速度響應(yīng)約為相近高度塔身的1.56～2.45倍,因此長橫擔(dān)角鋼輸電塔的風(fēng)致扭轉(zhuǎn)振動值得注意;相比b類風(fēng)場,臺風(fēng)風(fēng)場的高湍流特性導(dǎo)致順風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)增大明顯,為b類風(fēng)場的1.3～1.6倍,但橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)增大并不明顯,這也說明橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)主要與結(jié)構(gòu)本身特征湍流相關(guān),與來流的湍流度相關(guān)性較弱。

通過風(fēng)洞測力試驗,研究了不同沙濃度和風(fēng)速條件下風(fēng)沙對低矮建筑整體受力的影響。研究結(jié)果表明:和凈風(fēng)工況相比,風(fēng)沙對低矮建筑整體受力有著較大影響。風(fēng)沙對低矮建筑平均基底剪力系數(shù)有著明顯的增大作用,且沙濃度越大,增大的越明顯。而對于脈動基底剪力系數(shù)的影響,除了與沙濃度有關(guān)之外,還與指示風(fēng)速有關(guān)。當(dāng)風(fēng)速較小時,風(fēng)沙增大了試驗房的脈動效應(yīng),而當(dāng)風(fēng)速較大時,風(fēng)沙減小了試驗房的脈動效應(yīng)。

橋梁應(yīng)具有抵抗風(fēng)作用的能力,特別是大跨度橋梁,其柔性較大,設(shè)計時必須考慮顫振、抖振、渦激振動等空氣動力問題,通過抗風(fēng)設(shè)計、風(fēng)洞試驗、抗風(fēng)措施來確定橋梁風(fēng)荷載和抗風(fēng)性能是大跨度柔性橋梁抗風(fēng)研究的主要手段。

對美國佛羅里達州邁阿密市區(qū)內(nèi)一棟具有復(fù)雜外形的低層民用建筑剛體模型進行測壓風(fēng)洞試驗,研究了由于建筑物過于接近所形成的夾縫內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)的風(fēng)壓分布特性及其相關(guān)影響因素。結(jié)果表明,任意風(fēng)場下建筑物夾縫內(nèi)始終處于負(fù)壓狀態(tài),甚至產(chǎn)生局部不安全因素。進入夾縫的風(fēng)量和風(fēng)速與夾縫內(nèi)負(fù)壓力絕對值成正比例關(guān)系。適當(dāng)對夾縫進行遮擋能有效減小縫內(nèi)負(fù)壓效應(yīng)。

規(guī)范所提供的風(fēng)荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計要求,必須進行風(fēng)洞試驗.對不同結(jié)構(gòu)類型及部位(如高層結(jié)構(gòu)、大跨屋蓋、玻璃幕墻等)所需要的風(fēng)洞試驗資料及風(fēng)荷載參數(shù)都是不同的,簡單地提供建筑物的抗風(fēng)設(shè)計參數(shù)不能滿足各結(jié)構(gòu)物和維護體系設(shè)計的需要.本文切合實際結(jié)構(gòu),建立了面向各類結(jié)構(gòu)物各抗風(fēng)設(shè)計階段的風(fēng)洞試驗方法.

進行了榆林機場航站樓的測壓風(fēng)洞試驗,研究了建筑物各墻面存在開孔較大且不均勻時所造成的內(nèi)部壓力改變對建筑物體型系數(shù)的影響,并通過與《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》gb50009-2001中關(guān)于體型系數(shù)、內(nèi)部壓力系數(shù)規(guī)定的比較,提出了關(guān)于風(fēng)荷載體型系數(shù)的幾點修訂建議。

大跨屋蓋結(jié)構(gòu)剛性模型風(fēng)洞試驗研究——以株洲體育中心大跨屋蓋為背景，通過剛性模型的風(fēng)洞試驗研究，獲得了大跨屋蓋結(jié)構(gòu)在各種不同情況下的平均風(fēng)壓系數(shù)分布規(guī)律，為體育場屋蓋在不同情況下的風(fēng)振響應(yīng)理論分析提供了依據(jù)．

由于壁面的存在，風(fēng)洞試驗?zāi)M的流場與真實大氣的自由流場存在差別．在特定情況下，阻塞效應(yīng)將對流場和建筑風(fēng)荷載產(chǎn)生嚴(yán)重影響，導(dǎo)致風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大誤差．然而，當(dāng)前結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究人員對阻塞效應(yīng)的認(rèn)識尚且不足．首先，簡要介紹了阻塞效應(yīng)的機理，并歸納了阻塞效應(yīng)對流場和建筑風(fēng)荷載的影響．然后，總結(jié)了阻塞效應(yīng)的影響因素（來流特性，建筑的外形、數(shù)量和布置方式等），回顧了涉及試驗和數(shù)值模擬的阻塞效應(yīng)修正方法，并列出了重要文獻中對阻塞比的規(guī)定．最后，提出了今后值得研究的方向．

針對立體視覺測量技術(shù)在風(fēng)洞試驗中的應(yīng)用特征,設(shè)計基于線陣ccd的三目視覺立體測量系統(tǒng)。利用基于雙高斯物鏡的組合透鏡,在降低光學(xué)畸變的前提下實現(xiàn)點光源到線光源的變換。組合鏡頭可對ccd進行三自由度微調(diào),保證測量目標(biāo)成像于焦平面附近。在系統(tǒng)標(biāo)定過程中利用三坐標(biāo)測量機構(gòu)建虛擬陣列靶,以最大限度地提高標(biāo)定靶精度。實例應(yīng)用結(jié)果表明,該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)三自由度虛擬飛行系統(tǒng)模型運動軌跡的追蹤及自由振動系統(tǒng)機械阻尼的測量。

基于一棟立面上有多個開洞的矩形截面超高層建筑的剛性模型表面壓力測量風(fēng)洞試驗結(jié)果,分析了矩形截面超高層建筑在長邊立面上不同開洞工況下建筑各表面平均風(fēng)壓系數(shù)和最不利風(fēng)壓系數(shù)的變化規(guī)律。試驗結(jié)果表明:當(dāng)建筑長邊迎風(fēng)時,開洞使得背風(fēng)面洞口附近的平均風(fēng)壓系數(shù)絕對值增大,但迎風(fēng)面上的平均風(fēng)壓系數(shù)變化很小;當(dāng)建筑短邊迎風(fēng)時,開洞對洞口附近的平均風(fēng)壓系數(shù)和最不利正風(fēng)壓系數(shù)均只有微弱影響,但對其最不利負(fù)風(fēng)壓系數(shù)卻有很大影響,特別是中部開洞,將使其周圍的最不利負(fù)風(fēng)壓系數(shù)增大一倍以上;開洞對短邊立面上的最不利風(fēng)壓系數(shù)不產(chǎn)生明顯的影響。為有結(jié)構(gòu)開洞的高層建筑洞口附近的圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了參考數(shù)據(jù)。

目前超高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振分析常采用的是規(guī)范的簡化理論方法和基于風(fēng)洞試驗方法頻域方法,隨著結(jié)構(gòu)體型的復(fù)雜化或周邊建筑對風(fēng)場有明顯干擾時,進行結(jié)構(gòu)風(fēng)振時程分析是更為簡單直接有效的方法。本文通過編程實現(xiàn)生成風(fēng)洞試驗中風(fēng)荷載時程數(shù)據(jù)并導(dǎo)入有限元分析軟件進行結(jié)構(gòu)的時程分析,獲得整體結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力以及加速度時程等重要數(shù)據(jù),為規(guī)范方法不適用的超高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)分析及舒適度評估提供了可行的方法。

利用開路式風(fēng)洞系統(tǒng)和sympatec激光粒度儀測試了參考噴頭的霧譜尺寸以此作為噴頭霧譜等級的依據(jù)。對扇形霧噴頭在不同壓力、風(fēng)速、噴頭與激光粒度儀距離情況下的霧滴粒徑、數(shù)量和范圍進行了試驗。試驗結(jié)果表明,壓力、風(fēng)速、噴頭與激光粒度儀之間距離的增大,都導(dǎo)致扇形霧噴頭的霧滴體積中徑變小,尺寸小于150μm的霧滴占全部霧滴體積的百分比變大,增加了農(nóng)藥脫靶飄移的可能性,同時壓力和風(fēng)速的增大都導(dǎo)致部分噴頭的霧譜等級降低。為了保證激光粒度儀對霧滴粒徑測試結(jié)果的可靠性,可以使用風(fēng)洞試驗和調(diào)整噴頭與激光粒度儀的距離,來減小因細(xì)小霧滴通過激光束過程中速度迅速衰減而對測量結(jié)果帶來的影響。

介紹了建筑物風(fēng)環(huán)境的風(fēng)洞模擬，行人高度風(fēng)測量探頭的設(shè)計、標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理。采用這種探頭，在氣動中心低速所４ｍ×３ｍ風(fēng)洞的長１５ｍ、寬４ｍ、高２．２ｍ風(fēng)工程試驗段進行了比例為１∶３００的建筑群模型的行人高度風(fēng)環(huán)境試驗研究，結(jié)果說明這座新高層建筑物的落成，對其周圍某些位置的行人高度風(fēng)環(huán)境有嚴(yán)重的影響。

用縮尺比為1:300的剛性模型對巨型高層開洞建筑進行了風(fēng)洞測壓試驗,研究了c類場地、16個來流風(fēng)向條件下,模型各表面(包括洞口內(nèi)部)的風(fēng)壓分布特性等,并確定了結(jié)構(gòu)總體風(fēng)荷載及最不利風(fēng)向角.結(jié)果表明:洞口的設(shè)置減小了建筑物所受的總體平均風(fēng)荷載,但并非洞口越大減小風(fēng)荷載越多.在建筑物上部開洞,對減小基礎(chǔ)所受彎矩非常有利,而在中上部開洞則對減小總體平均風(fēng)荷載更為有效,并且當(dāng)風(fēng)向與開洞方向平行時基礎(chǔ)所受的總平均風(fēng)荷載最小.風(fēng)荷載沿建筑高度的變化并非按規(guī)范中的規(guī)律分布,而是中上部大、兩端小.

隨著高聳結(jié)構(gòu)的日益高大和輕柔化,由紊流風(fēng)引起的結(jié)構(gòu)抖振響應(yīng)問題顯得格外重要。通過靜力三分力試驗及氣動彈性模型試驗兩種不同的途徑分別實現(xiàn)高聳結(jié)構(gòu)時域內(nèi)的抖振分析,并以算例分析證明兩種方法的可靠性,明確不同途徑工作的難點所在,有利于設(shè)計者更好地選用合適的分析途徑。

隨著高聳結(jié)構(gòu)日益高大和輕柔化,由紊流風(fēng)引起的結(jié)構(gòu)抖振響應(yīng)顯得更為重要。介紹如何通過靜力三分力試驗及氣動彈性模型試驗兩種不同途徑分別實現(xiàn)高聳結(jié)構(gòu)時域內(nèi)的抖振分析。以算例分析結(jié)果證明兩種方法都是可靠的。