氣動參數(shù)識別課件

1、同濟大學土木工程防災(zāi)國家重點實驗室、橋梁工程系同濟大學土木工程防災(zāi)國家重點實驗室、橋梁工程系第六講主講教師主講教師：楊詠昕 教授副研究員教授副研究員氣動參數(shù)識別 v 2、定常三分力系數(shù)識別v 1、風洞試驗簡介v 3、準定常氣動參數(shù)識別v 4、非定常氣動參數(shù)識別v 5、氣動導(dǎo)納識別1. 風洞試驗簡介u 1.1 基本原理 風速及其風向分布模擬 良態(tài)氣候模式 颶風氣候模式(2)結(jié)構(gòu)物風效應(yīng)模擬 剛性結(jié)構(gòu)無振動響應(yīng) 半剛性結(jié)構(gòu)僅有強迫振動 柔性結(jié)構(gòu)氣流與結(jié)構(gòu)相互作用u 1.2 試驗?zāi)Ｐ?精確的結(jié)構(gòu)物模型 適當?shù)谋壤?、剛度、質(zhì)量和外觀(2)簡化的周邊環(huán)境模型 剛度很大、外形相似 (3)粗略的上游地表模型

2、 用統(tǒng)一的或幾種粗糙元模擬u 1.3 風洞試驗分類高空或行人風環(huán)境 (Pedestrian level test)風 環(huán) 境建筑物周邊風環(huán)境 (Topographical model test)環(huán)境空氣動力學試驗 (Environment aerodynamics)天平測力試驗 (Force balance test)建筑結(jié)構(gòu)表面測壓試驗 (Cladding load test)氣彈模型試驗 (Aeroelastic model test)節(jié)段模型試驗 (Sectional model test)橋梁結(jié)構(gòu)拉條模型試驗 (Taut strip model test)氣彈模型試驗 (Aeroela

3、stic model test)u 1.4 主要試驗設(shè)備 皮托管測壓平均風速hgUhgUPPPUPPPPawwastdadst22121220圖1. 皮托管測壓staticPtotalPdynPwu 1.4 主要試驗設(shè)備 (續(xù)) (2) 熱線風速儀脈動風速U圖2. 熱線風速儀HWdtdTCTTUBAHRIWHWwWeww/ , 112動力：靜力：熱線（膜）在氣流流過時由于散熱量增加而降溫從而導(dǎo)致電阻變化v 2. 定常三分力系數(shù)識別u 2.1 測力天平FL 升力(Lift force)FD 阻力(Drag force)FS 側(cè)向力 (Side force)MP 豎向彎矩 (Pitching mo

4、ment)MR 扭矩 (Rolling moment)MY 側(cè)向彎矩 (Yawing moment)圖3. 測力天平SFYMUDFLBPMLFRM要求：高靈敏度大剛度穩(wěn)定性非耦合u2.2 測力模型 (1) 輕質(zhì)慣性力小、頻率高 (2) 剛性無變形、頻率高 (3) 外型按比例縮尺、相似u2.3 三分力系數(shù)（定常氣動力系數(shù)3個） 通常是在均勻流場中進行的2222212121BUMCHUFCBUFCPMDDLL 升力系數(shù) 阻力系數(shù) 升力矩系數(shù)u 2.4 系數(shù)識別 模型姿態(tài)風攻角：-12 +12風偏角：模擬比較困難 試驗風速氣動力數(shù)值與天平測量精度例如： 天平量程10kg，精度+1%氣動力100g 數(shù)

5、據(jù)采樣 樣本均值niixxtFnF1)(1v 3.準定常氣動參數(shù)識別u 3.1 準定常假定任意時刻的氣動力僅僅與結(jié)構(gòu)當前時刻 的姿態(tài)有關(guān)，而與以前時刻的姿態(tài)無關(guān)動壓：參數(shù)：有效攻角：n表示氣動升力作用位置，機翼n=0.75reljjjddCCCdtdpuUQ)()(22UwnBhpuUwnBhrelu3.2 準定常氣動力 運動相關(guān)力 (自激力) 準定常參數(shù)（6個）注意：的單位為弧度(arc)/)(22/)(22/)(222222UnBhCpCCBUMUnBhCpCCBUFUnBhCpCCBUFMMMfDDDDfLLLLfMMMDDDLLLCddCCCddCCCddCC 升力系數(shù)關(guān)于攻角的導(dǎo)數(shù)

6、阻力系數(shù)關(guān)于攻角的導(dǎo)數(shù) 升力矩系數(shù)關(guān)于攻角的導(dǎo)數(shù)u3.3 Strouhal數(shù) 定義 渦振參數(shù) 尾流卓越頻率模型不同風速下實測尾流卓越頻率 fpUfdStmppppppvSdfSdfUf 振動頻率；d 直徑或?qū)挾?；U 風速4. 非定常氣動參數(shù)識別u 4.1 模型要求(1) 剛性無撓曲變形(2) 振動質(zhì)量、剛度、頻率(3) 外形按比例縮尺u 4.2 識別方法(1) 自由振動測振法(2) 強迫振動測振法(3) 自由振動測壓法(4) 強迫振動測壓法u 4.3 自由振動試驗系統(tǒng) 來流 U 端桿 傳感器 1 傳感器 2 長鋼絲 節(jié)段模型 彈簧 來流 U 傳感器 1 傳感器 2 風洞洞壁 長鋼絲 節(jié)段模型

7、端桿 傳感器 3 u 4.4 識別原理振動方程：基本假定：豎向運動時第一階模態(tài)為主，第二階模態(tài)可忽略扭轉(zhuǎn)運動時第二階模態(tài)為主，第一階模態(tài)可忽略 00 ;2 00 2 ; 00 )()()()(*421*322*22*1122*421*322*22*11222BhAKAKUBAKUhAKBUMBhHKHKUBHKUhHKBULML(t)FImKImCImMtFtyKtyCtyMfffftmhsmhhsmsfsss u 4.4 識別原理(續(xù))識別方程：識別公式：*st*sttttAB ABHB HBKKAB ABHB HBCCtyKtyCtyM322442133223421222411322311

8、2 0)()()( )()( );()()()( );()()()( );()()()( );()(22222242*32222242*221212131*42121131*112122232*31212232*211112121*41111121*1tsmtstsmtsmtstststsKKBIKACCBmKAKKBIKACCBIKAKKBmKHCCBmKHKKBmKHCCBmKHu 4.4 識別原理(續(xù))阻尼參數(shù)：剛度參數(shù)：方法改進主要體現(xiàn)在提高精度和穩(wěn)定性上 122211211122211211122211211122211211tsttttsssssststtttssssssKMK KK KKMK KK KCMC CC CCMC CC C5. 氣動導(dǎo)納識別u 5.1 氣動導(dǎo)納定義抖振力時域表達式：抖振力頻域表達式：氣動導(dǎo)納：Lu,Lw,Du,Dw,Mu,Mw)()(22)()()()(22)()()()(22)(twCtuCUBtMtwCCtuCUBtDtwCCtuCUBtLMMbDLDbDLLb)(|)(|4)2()()(|)()(|4)2()()(|)()(|4)2()(22 22222222222222wSCwSCUBwSwSCCwSCUBwSwSCCwSCUBwSwMwMuMuMMwDwDLuDuDDwLwLDuLuLLu 5.2 簡化識別方