留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

高柔结构连续壳体气弹模型通用制作方法

王磊 刘伟 樊星妍 张振华 梁枢果

王磊, 刘伟, 樊星妍, 等. 高柔结构连续壳体气弹模型通用制作方法[J]. 实验流体力学, 2019, 33(5): 98-104. doi: 10.11729/syltlx20180152
引用本文: 王磊, 刘伟, 樊星妍, 等. 高柔结构连续壳体气弹模型通用制作方法[J]. 实验流体力学, 2019, 33(5): 98-104. doi: 10.11729/syltlx20180152
Wang Lei, Liu Wei, Fan Xingyan, et al. Design and processing of a continuous aero-elastic shell model of high-rise flexible structures[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2019, 33(5): 98-104. doi: 10.11729/syltlx20180152
Citation: Wang Lei, Liu Wei, Fan Xingyan, et al. Design and processing of a continuous aero-elastic shell model of high-rise flexible structures[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2019, 33(5): 98-104. doi: 10.11729/syltlx20180152

高柔结构连续壳体气弹模型通用制作方法

doi: 10.11729/syltlx20180152
详细信息
    作者简介:

    王磊(1987-), 男, 河南商丘人, 讲师。研究方向:结构动力学和结构抗风。通信地址:河南省焦作市高新区河南理工大学土木工程学院(454000).E-mail:tumuwanglei@163.com

    通讯作者:

    王磊,E-mail: tumuwanglei@163.com

  • 中图分类号: TU317+.1

Design and processing of a continuous aero-elastic shell model of high-rise flexible structures

  • 摘要: 气弹模型制作是高柔结构风洞试验的关键点和难点。针对高柔结构,详细介绍了一种采用"开模、灌胶、再拆模"方式制作连续壳体气弹模型的方法:以石膏制作内模、有机玻璃雕刻外模,精确设计石膏内模和玻璃外模之间的缝隙尺寸,在缝隙内灌注DEVCON胶剂;胶剂固化后,拆模即制成连续气弹壳体模型。动力特性测试结果表明:该模型能够较为精确地模拟实际结构的质量、阻尼以及一、二阶振型和频率,能够再现典型的风致振动现象,证实了制作方法的可靠性。制作方法简便易行、造价低、精度高、通用性强,可为高层建筑、高柔烟囱、化工塔、电视塔、冷却塔等高柔结构的连续气弹壳体模型制作提供指导。
  • 图  1  冷却塔等效气弹模型[13-14]

    Figure  1.  Equivalent aero-elastic model of cooling tower[13-14]

    图  2  椭圆截面烟囱气弹模型[11]

    Figure  2.  Elliptical section chimney aero-elastic model[11]

    图  3  冷却塔等效气弹模型

    Figure  3.  Equivalent aero-elastic model of cooling tower

    图  4  烟囱外轮廓尺寸及筒身断面图

    Figure  4.  Outline dimension and tube section of the chimney

    图  5  烟囱前4阶平动振型和频率

    Figure  5.  First four orders of mode shape and frequency

    图  6  简化烟囱振型图

    Figure  6.  Mode shape of simplified chimneys

    图  7  简化烟囱与实际烟囱平动振型坐标对比

    Figure  7.  Mode shape coordinates of simplified chimneys and actual chimneys

    图  8  DEVCON标准方柱拉伸试验

    Figure  8.  Tensile test of a standard prism made by DEVCON

    图  9  连续壳体气弹模型制作示意图

    Figure  9.  Making diagram of continuous shell aero-elastic model

    图  10  有机玻璃辅助外模

    Figure  10.  Outer mold made by organic glass

    图  11  定位底板

    Figure  11.  The base plate used for position calibration

    图  12  成型的石膏内模

    Figure  12.  Molded plaster inner mold

    图  13  分层灌注示意图

    Figure  13.  Layered perfusion schematic

    图  14  破碎后的石膏内模

    Figure  14.  Broken plaster inner mold

    图  15  制作完成的烟囱气弹模型

    Figure  15.  Photos of finished chimney model

    图  16  模型自由振动加速度功率谱

    Figure  16.  Normalized power spectral density of acceleration

    图  17  模型自由振动衰减曲线

    Figure  17.  Free vibration decay curve of the model

    图  18  气弹模型与实际烟囱振型对比

    Figure  18.  Mode shape of aero-elastic model and real chimney

    图  19  横风向加速度功率谱

    Figure  19.  PSD of crosswind acceleration

    图  20  加速度响应均方根

    Figure  20.  RMS crosswind acceleration

    表  1  简化烟囱与实际烟囱的整体质量与频率

    Table  1.   Frequency and quality of simplified chimneys and actual chimneys

    烟囱质量 一阶频率 二阶频率
    实际烟囱 3.2×107 kg 0.26 Hz 1.16 Hz
    简化烟囱 3.2×107 kg 0.26 Hz 1.30 Hz
    误差 0.0% 0.0% 12.0%
    下载: 导出CSV

    表  2  气弹模型相似参数

    Table  2.   Similarity parameters of the aero-elastic model

    实际结构 相似比值 气弹模型目标值
    几何尺寸(高度) 300 m 1:250 1.20 m
    质量 32.2×106 kg 1:2503 2.06 kg
    一阶频率 0.26 Hz 100:1 26 Hz
    二阶频率 1.16 Hz 100:1 116 Hz
    位移 1:250
    速度 1:2.5
    加速度 40:1
    下载: 导出CSV

    表  3  烟囱模型测试结果

    Table  3.   Test results of the chimney model

    烟囱质量 一阶频率 二阶频率 阻尼
    目标值 2.06 Kg 26 Hz 116 Hz 4.0%
    烟囱模型 1.96 Kg 26 Hz 118 Hz 3.6%
    误差 预留质量 0.0% 1.7% 可调节
    下载: 导出CSV
  • [1] Whitbread R E. Model simulation of wind effects on structures[C]//Proceedings of Symposium on Wind Effects on Buildings and Structures. 1963: 284-302.
    [2] Vickery B J. Study on the aeroelastic modeling of structures in wind[C]//Proceedings of the Conference on Structures Models. 1972: 48-56.
    [3] Wang L, Liang S G, Huang G Q, et al. Investigation on the unstability of vortex induced resonance of high-rise buildings[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2018, 175:17-31. doi: 10.1016/j.jweia.2018.01.025
    [4] Yoshie R, Kawai H, Shimura M, et al. A study on wind-induced vibration of super high rise building by multi-degree-of freedom model[J]. Journal of Wind Engineeringand Industrial Aerodynamics, 1997, 69-71:745-755. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=5a1235ee655ec932d3cc4f950a36c211
    [5] 王磊, 梁枢果, 邹良浩, 等.超高层建筑多自由度气弹模型的优势及制作方法[J].振动与冲击, 2014, 33(17):24-29, 67. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zdycj201417005

    Wang L, Liang S G, Zou L H, et al. The advantages and making method of super high-rise building's multi-DOF aero-elastic model[J]. Vibration and Shock, 2014, 33(17):24-29, 67. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zdycj201417005
    [6] Isyumov N. The aeroelastic modelling of tall buildings[C]//Proceedings of International Workshop on Wind Tunnel Modeling for Civil Engineering Application. Gaithersburg, America: Cambridge University Press, 1982: 373-407.
    [7] 全涌, 顾明, 黄鹏.超高层建筑通用气动弹性模型设计[J].同济大学学报:自然科学版, 2001, 29(1):122-126. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/tjdxxb200101026

    Quan Y, Gu M, Huang P. Design of super-high rise buildings' global aeroelastic model[J]. Journal of Tongji University:Natural Science, 2001, 29(1):122-126. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/tjdxxb200101026
    [8] 刘昊夫.典型超高层建筑气动弹性的实验研究[D].汕头: 汕头大学, 2012.
    [9] Niemann H J, Kopper H D. Influence of adjacent buildings on wind effects on cooling towers[J]. Engineering Structures, 1998, 20(10):874-880. doi: 10.1016/S0141-0296(97)00131-4
    [10] Armitt J. Wind loading on cooling towers[J]. Journal of the Structural Division, 1980, 106(3):623-641 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/kqdlxxb201803013
    [11] 袁子厚, 陈明祥.长扁圆形烟囱风致振动风洞模拟试验研究[J].华中科技大学学报:城市科学版, 2008, 25(3):46-49. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/whcsjsxyxb200803013

    Yuan Z H, Chen M X. Wind tunnel simulation experiment investigation to wind caused vibration of long flat roundness chimney[J]. Journal of Huazhong University of Science and Technology:Urban Science Edition, 2008, 25(3):46-49. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/whcsjsxyxb200803013
    [12] 邹云峰, 牛华伟, 陈政清.基于完全气动弹性模型的冷却塔风致响应风洞试验研究[J].建筑结构学报, 2013, 34(6):60-67. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jzjgxb201306008

    Zou Y F, Niu H W, Chen Z Q. Wind tunnel test on wind-induced response of cooling tower based on full aero-elastic model[J]. Journal of Building Structures, 2013, 34(6):60-67. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jzjgxb201306008
    [13] 赵林, 葛耀君, 曹丰产.双曲薄壳冷却塔气弹模型的等效梁格方法和实验研究[J].振动工程学报, 2008, 21(1):31-37. doi: 10.3969/j.issn.1004-4523.2008.01.006

    Zhao L, Ge Y J, Cao F C. Equivalent beam-net design theory of aero-elastic model about hyperbolic thin-shell cooling towers and its experimental investigation[J]. Journal of Vibration Engineering, 2008, 21(1):31-37. doi: 10.3969/j.issn.1004-4523.2008.01.006
    [14] 柯世堂, 赵林, 葛耀君, 等.大型双曲冷却塔气弹模型风洞试验和响应特性[J].建筑结构学报, 2010, 31(2):61-68. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jzjgxb201002009

    Ke S T, Zhao L, Ge Y J, et al. Wind tunnel test on aeroelastic model of large hyperbolic cooling towers and features of wind-induced response[J]. Journal of Building Structures, 2010, 31(2):61-68. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jzjgxb201002009
    [15] 邹云峰.巨型冷却塔群的风效应及其风洞试验方法研究[D].长沙: 湖南大学, 2014.
    [16] American Society of Civil Engineers. Wind tunnel model studies of buildings and structures[J]. Journal of Aerospace Engineering, 1987, 9:19-36. http://cn.bing.com/academic/profile?id=9792bdebafae009e719957bc727be5e2&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
  • 加载中
图(20) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  165
  • HTML全文浏览量:  108
  • PDF下载量:  5
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-09-11
  • 修回日期:  2018-11-25
  • 刊出日期:  2019-10-25

目录

    /

    返回文章
    返回

    重要公告

    www.syltlx.com是《实验流体力学》期刊唯一官方网站,其他皆为仿冒。请注意识别。

    《实验流体力学》期刊不收取任何费用。如有组织或个人以我刊名义向作者、读者收取费用,皆为假冒。

    相关真实信息均印刷于《实验流体力学》纸刊。如有任何疑问,请先行致电编辑部咨询并确认,以避免损失。编辑部电话0816-2463376,2463374,2463373。

    请广大读者、作者相互转告,广为宣传!

    感谢大家对《实验流体力学》的支持与厚爱,欢迎继续关注我刊!


    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日