氣動參數(shù)識別課件

1、同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(fēng)洞試驗(yàn)簡介v 3、準(zhǔn)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(fēng)洞試驗(yàn)簡介u 1.1 基本原理 風(fēng)速及其風(fēng)向分布模擬 良態(tài)氣候模式 颶風(fēng)氣候模式(2)結(jié)構(gòu)物風(fēng)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(qiáng)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(yàn)?zāi)Ｐ?精確的結(jié)構(gòu)物模型 適當(dāng)?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(fēng)洞試驗(yàn)分類高空或行人風(fēng)環(huán)境 (Pedestrian level test)風(fēng) 環(huán) 境建筑物周邊風(fēng)環(huán)境 (Topographical model test)環(huán)境空氣動力學(xué)試驗(yàn) (Environment aerodynamics)天平測力試驗(yàn) (Force balance test)建筑結(jié)構(gòu)表面測壓試驗(yàn) (Cladding load test)氣彈模型試驗(yàn) (Aeroelastic model test)節(jié)段模型試驗(yàn) (Sectional model test)橋梁結(jié)構(gòu)拉條模型試驗(yàn) (Taut strip model test)氣彈模型試驗(yàn) (Aeroela

3、stic model test)u 1.4 主要試驗(yàn)設(shè)備 皮托管測壓平均風(fēng)速hgUhgUPPPUPPPPawwastdadst22121220圖1. 皮托管測壓staticPtotalPdynPwu 1.4 主要試驗(yàn)設(shè)備 (續(xù)) (2) 熱線風(fēng)速儀脈動風(fēng)速U圖2. 熱線風(fēng)速儀HWdtdTCTTUBAHRIWHWwWeww/ , 112動力：靜力：熱線（膜）在氣流流過時(shí)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(gè)） 通常是在均勻流場中進(jìn)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(fēng)攻角：-12 +12風(fēng)偏角：模擬比較困難 試驗(yàn)風(fēng)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(zhǔn)定常氣動參數(shù)識別u 3.1 準(zhǔn)定常假定任意時(shí)刻的氣動力僅僅與結(jié)構(gòu)當(dāng)前時(shí)刻 的姿態(tài)有關(guān)，而與以前時(shí)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(jī)翼n=0.75reljjjddCCCdtdpuUQ)()(22UwnBhpuUwnBhrelu3.2 準(zhǔn)定常氣動力 運(yùn)動相關(guān)力 (自激力) 準(zhǔn)定常參數(shù)（6個(gè)）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(fēng)速下實(shí)測尾流卓越頻率 fpUfdStmppppppvSdfSdfUf 振動頻率；d 直徑或?qū)挾?；U 風(fēng)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(qiáng)迫振動測振法(3) 自由振動測壓法(4) 強(qiáng)迫振動測壓法u 4.3 自由振動試驗(yàn)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(fēng)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(yùn)動時(shí)第一階模態(tài)為主，第二階模態(tài)可忽略扭轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)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(jìn)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(shí)域表達(dá)式：抖振力頻域表達(dá)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